INTRODUCCION A LOS PROCESOS DE SOLDADURA

 

Los métodos de unión de materiales pueden ser divididos en dos categorías principales, esto es :

 

      Por fuerzas mecánicas macroscópicas entre las piezas a unir, dadas por la fuerza de atracción entre las superficies en contacto del cual son ejemplos la liga superficial o parafusión (soldering o soldadura blanda)

 

 

      Por fuerzas microscópicas (interatómicas o intermoleculares) donde la unión se obtiene por la aproximación de los átomos y moléculas de las partes a unir, o de éstas a un material intermedio con distancias suficientemente pequeñas para la formación de ligas metálicas o de Van der Waals, como ejemplo de ésta categoría tenemos las soldaduras fuertes.( Brazing o soldadura fuerte)

 

DEFINICIÓN DE SOLDADURA

 

Clásicamente la soldadura ha sido  considerada como una técnica  de unión de materiales por diferentes procesos o métodos, con el objeto de fabricar y recuperar piezas, equipos o estructuras, o para formar un revestimiento con características especiales.

 

DEFINICIONES:

 

      Proceso de unión de materiales por fusión

      Operación para obtener unión de dos omás materiales, asegurando la continuidad de sus propiedades físicas, metalúrgicas y mecánicas.

      AWS: operación que busca obtener la coalescencia localizada por el suministro de temperatura adecuada, con o sin aplicación de presión y de metal de adición.

      Proceso de unión de materiales basado en el establecimiento  de una región de contacto entre los materiales a ser unidos con fuerzas de enlace químico similar a las actuantes en el interior de los propios materiales.

 

RESEÑA HISTORICA

 

La soldadura tal como la conocemos actualmente es  un proceso reciente, con cerca de 100 años. La soldadura fuerte y por forja ha sido utilizada desde épocas remotas, existe en el Museo du Louvre en París un pendiente de oro con indicación de haber sido soldado y fabricado en Persia desde el año 4000 A.C.

El hierro cuya desarrollo data del  1500 A.C  sustituyó al cobre y bronce en la fabricación de diversos articulos, el hierro era producido por fusión directa y conformado por martillado en forma de bloques con pocos kilogramos de peso, cuando piezas mayores eran necesarias, los bloques eran soldados por forja, es decir, las piezas se colocaban en arena para escorificar impurezas y se martillaban hasta soldarse, un ejemplo lo constituye una columna de cerca de siete metros de altura y mas de cinco toneladas la cual existe actualmente en Nueva Delhi (India).

La soldadura fue usada antiguamente en la edad media para fabricar armas y otros instrumentos cortantes, pero el hierro obtenido por reducción directa tiene muy poco carbono (inferior al 0.1%C) por tanto no puede ser endurecido por temperatura y por otro lado el acero era un material escaso y dealtisimo costo, siendo fabricado por cementación de tiras finas de hierro. Asi, las herramientas eran fabricadas con hierro y con tiras de acero soldadas en los sitios de corte y endurecidas por temperatura.

El oriente medio desarrollo técnica para la elaboración de espadas que consistia en tiras alternadas de hierro y acero, las cuales eran soldadas entre sí y deformadas por compresión y torsión. El resultado era una lamina con una fina alternancia de regiones de alto y bajo porcentaje de carbono.

Asi. la soldadura durante éste periodo constituyó una importante tecnología, debido principalmente a dos factores, escases y alto costo del acero y tamaño reducido de bloques de hierro obtenidos por reducción directa.

Esta importancia comenzó a disminuir en los siglos XII y XIII con el desarrollo de la tecnología en la obtención en estado liquido de grandes cantidades de hierro fundido con la energia generada por las ruedas pelton, y en los siglos XIV y XV con el desarrollo del alto horno. Con esto la fundición se tornó en el proceso más importante de fabricación  y la soldadura por forja fue sustituida por otros medios de unión, particularmente la soldadura blanda se aplicó en pequeñas piezas producidas.

 

La soldadura permaneció como un proceso secundario de fabricación hasta finales del siglo XIX cuando ésta tecnología empezo a evolucionar radicalmente, principalmente con los experimentos de Sir Humphrey Davy (1801-1806) con el arco eléctrico, el descubrimiento del acetileno por EdmundDavy y el desarrollo de fuentes productoras de energía eléctrica que posibilitaron el surgimiento de la soldadura por fusión, al mismo tiempo el desarrollo en la fabricación  y utilización de los aceros tornó necesario el desarrollo de nuevos procesos de unión.

 

La primera patente de un proceso de soldadura, fue obtenida en Inglaterra por Nicolás Bernados y Stanislav Olszewsky  en 1885 y fue basada en el arco establecido entre un electrodo de carbón y la pieza a ser soldada.

 

Por Volta en 1890, N.G.Slavianoff de Rusia y Charles Coffin de Estados Unidos desarrollaron independientemente la soldadura por arco con electrodo metálico, y hasta los inicios del siglo XX los procesos de soldadura por resistencia, por aluminotermia y a gas fueron desarrollados.

En 1907 Oscar Kjellberg (Suecia) plantea un proceso de soldadura eléctrica con electrodo revestido. Su forma original era revestida por cal cuya función única era estabilizar el arco. Desarrollos posteriores tornaron éste proceso como el más utilizado en el mundo, aun en la actualidad.

Esta nueva fase de la soldadura tuvo inicialmente poca utilización, restringida al uso militar, al ser ejecutada en reparaciones de emergencia en la 1ª Guerra Mundial ésta pasó a utilizarse como proceso de fabricación.

 

Actualmente, existen mas de 70 procesos de soldadura y  24 procesos relacionados, constituyéndose en el método más importante de unión de materiales, relevancia evidenciada en las buenas prácticas de soldadura y referenciadas en los innumerables documentos que regulan su aplicación, pues ninguna ciencia es más regulada que la ciencia de la soldadura.

 

 

FORMACIÓN DE UNA JUNTA SOLDADA

 

De forma simplificada, el material base está formado por un gran número de átomos dispuestos en un arreglo especial caracteristico (estructura cristalina). Los átomos están localizados al interior de ésta estructura hacen vecindad a una distancia Ro con una energía minima

 

 

 

En ésta situación, cada átomo está en su condición de energía mínima, sin tendencia a ligarse con ningún átomo extra. En la superficie de un sólido ésta situación no se mantiene, pues sus átomos están ligados a menos vecinos, poseen por tanto un mayor nivel de energia que los átomos en su interior. Esta energía puede ser reducida cuando sus átomos superficiales se ligan a otros, esto es, aproximando dos piezas metálicasa una distancia suficientemente pequeña para la formación de una liga permanente, una soldadura entre las piezas sería formada. Este tipo de efecto puede ser obtenido por ejemplo, colocando en contacto dos bloques de hielo. (Fig. 3)

 

Las superficies metálicas estan normalmente cubiertas por capas o camadas de óxidos, humedad, poros etc. Lo que impide un contacto real entre las superficies, previniendo la formación de la soldadura, éstas capas se forman rapidamente generando ligas químicas incompletas en la superficie.

Dos métodos principales son utilizados para superar éstos obstáculos, los cuales generan los dos grandes grupos de procesos de soldadura

 

 

 

Dos métodos son utilizados para evitar éstos obstáculos, los cuales originan dos grandes grupos de procesos de soldadura, asi:

      Por Presión: Consiste en deformar la superficie de contacto permitiendo la aproximación de los átomos a distancias del orden de  Ro, las piezas pueden ser comprimidas localmente de modo que se facilite la deformación de las superficies de contacto. (fig. 5)

 

 

 

      Por Fusión: Consiste en la aplicación de calor en la región de unión para llevar a la fusión los materiales base y de aporte, la unión se produce por la solidificación del metal fundido. (Fig 6)

 

 

 

 

 

PROCESOS DE SOLDADURA POR PRESIÓN

 

En estos procesos se incluyen ultra sonido, fricción, forja, resistencia eléctrica, difusión, explosión, entre otros. Muchos de éstos, por ejemplo la soldadura por resistencia, presenta características intermedias de los procesos de soldadura por fusión y por deformación, para fines de clasificación, estos procesos serán incluidos en el grupo de procesos por presión.

 

 

 

CUADRO DE PROCESOS DE SOLDADURA POR FUSIÓN

 

PROCESO

ENERGIA POLARIDAD

PROTECCION

CARACTERISTICAS APLICACIONES

ESW Escoria liquida

Ca-cc Escoria Automática/mecanizada, junta vertical, alambre alimentado mecánicamente en pozo de fusión.

Aceros al carbono, baja y altaaleación,Espesores mayores a50 mm., Piezas de gran espesor

SAW Arco eléctrico

CA, CC+ Escoria y gases generados

Automática/mecanizada o semiautomática. El arco arde bajo una capa de flujo granular

Aceros al carbono, baja y alta aleación, espesores >=10mm, posiciones plana y horizontal, piezas estructurales, tanques, recipientes de presión.

SMAW Arco eléctrico

CA,CC+- Escoria y gases generados

Manual, electrodo recubierto de capa de fundente

Casi todos los metales excepto cobre puro, metales preciosos, reactivos y de bajo punto de fusión

FCAW Arco eléctrico

CC+ Escoria, gases

Automatico/semiautomático/manual. Fundente interno

Aceros al carbono, baja y alta aleación, espesores>=1mm

GMAW Arco eléctrico

CC+ Ar-He-H-CO2 y sus mezclas

Manual o automática y semiautomática, alambre continuosolido

Aceros al carbono, baja y alta aleación, no ferrosos, espesores 

>=0.5mm, toda posición subordinado al tipo de arco

PW Arco eléctrico

CC- Ar-He-ArH Manual o automatica. Aporte suministrado separadamente, electrodo no consumible de Tungsteno o Hafnio

Todos los materiales de ingeniería, excepto Zn, Bz y sus aleaciones. Espesores desde 1.5mm. Pases de raiz

GTAW Arco eléctrico

CA, CC- Ar-He  y sus mezclas

Manual o automática, electrodo no consumible W-Hf. Aporte suministrado separadamente

Todos los metales, exceptoZn-Bz y sus aleaciones, espesores de 1 a 6 mm. Aceros inoxidables, pases deraiz en tuberías.

EBW Haz deelectrónes

CC-, alta tensión

Vacio (>>10E-4mmHg)

Automática, no existe transferencia de metal de aporte, el haz se concentra  puntualmente

Todos los metales, excepto aquellos de vaporización excesiva, espesores >= 25 mm. Industria nuclear y aeroespacial.

LBW Haz de luz   Ar - He Idem EBW Idem EBW,  corte demateriales no metálicos.

OFW O2+C2H2   Gas (CO, H2, CO2, H2O)

Manual, aporte adicionadoseparadamente

Aceros al carbon, Cu, Al, Zn,Pb, Bz.

 

 

 

 

PROCESO SMAW

 

 

PROCESOS  GTAW

 

 

GTAW :Soldadura por arco de tungsteno protegido por gas:

 

 

 

PROCESO  GMAW

 

GMAW: Soldadura por arco metálico protegido por gas

 

 

 

PROCESO SAW

 

SAW: Soldadura por arco sumergido

 

 

PROCESO SAW

 

 

 

 

 

PROCESO  PW

 

 

 

PW:  SOLDADURA POR PLASMA

 

 

 

 

PROCESO PEW

 

 

PEW: Soldadura eléctrica  por percusión

 

 

 

 

 

 

 

PROCESO ESW

 

 

ESW: Soldadura por electro escoria

 

 

PROCESO OAW

 

 

 

PROCESO LBW

 

LBW: Soldadura por haz de láser

 

 

 

 

PROCESO RW

 

 

 

RW:  Soldadura por resistencia

 

 

 

PROCESO THSP

THSP: Termo Spray

 

Transferencia SMAW

Transferencia GTAW

 

Transferencia PAW

 

 

Transferencia GMAW

 

Transferencia RW

 

 

Sensitización en aceros inoxidables austeniticos y ferriticos

 

 

Aceros Inoxidables

 

 

 

 

 

 

 

 

Material de aporte MIG aluminio

 

 

 

 

 

 

 

SOLDADURA POR OXICOMBUSTIBLES

 

 

AAW AIR ACETYLENE WELDING SOLDADURA AIREACETILÉNICA

OAW OXYACETYLENE WELDING SOLDADURA OXIACETILENICA

OHW OXYHYDROGEN WELDING SOLDADURA OXIHIDROGENICA

PGW PRESSURE GAS WELDING SOLDADURA POR PRESIOND DE GAS

 

 

OTROS PROCESOS

 

EBW ELECTRÓN BEAM WELDING SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES

   EBW-HV  HIGH VACUUM ALTO VACIO

   EBW-MV MÉDIUM VACUUM MEDIO VACIO

   EBW-NV LOW VACUUM BAJO VACIO

ESW ELECTROSLAG WELDING SOLDADURA POR ELECTROESCORIA

FLOW FLOR WELDING SOLDADURA POR FLUJO

IW INDUCTION WELDING SOLDADURA POR INDUCCIÓN

LBW LASSER BEAM WELDING SOLDADURA  POR HAZ DE LASER

PEW PERCUSIÓN EMISIÓN WELDING SOLDADURA POR PERCUSIÓN

TW THERMITE WELDING SOLDADURA POR TERMITA

 

SOLDADURA FUERTE (BRAZING)

 

BB BLOCK BRAZING SOLDADURA FUERTE POR BLOQUE

CAB DIFFUSIÓN BRAZING SOLDADURA FUERTE POR DIFUSIÓN

EXB EXOTERMIC BRAZING SOLDADURA FUERTE EXOTERMICA

FLW FLOW BRAZING SOLDADURA FUERTE POR FLUJO

IB INDUCTION BRAZING SOLDADURA FUERTE POR INDUCCIÓN

IRB INFRARED BRAZING SOLDADURA FUERTE  POR INFRARROJO

RB RESISTANCE BRAZING SOLDADURA FUERTE POR RESISTENCIA

TB TORCH BRAZING SOLDADURA FUERTE POR ANTORCHA

TCAB TWIN CARBON ARC BRAZING SOLDADURA FUERTE ARCO DE CARBON

DB DIP BRAZING SOLDADURA FUERTE POR INMERSIÓN

FB FURNACE BRAZING SOLDADURA FUERTE POR HORNO

 

 

SOLDADURA POR ARCO ELECTRICO (AW)

 

 

GMAW GAS METAL ARC WELDING SOLDADURA POR ARCO METALICOPROTEGIDO  POR GAS

GMAW-P PULSED ARC ARCO PULSADO

GMAW-S SHORT CIRCUITING ARC ARCO POR CORTO CIRCUITO

GTAW GAS TUNGSTEN ARC WELDING SOLDADURA POR ARCO METALICO DE TUNGSTENO PROTEGIDO POR GAS

GTAW-P PULSED ARC ARCO PULSADO

PAW PLASM ARC WELDING SOLDADURA POR PLASMA

SMAW SHIELDED METAL ARC WELDING SOLDADURA POR ELECTRODO REVESTIDO

SAW SUBMERGED ARC WELDING SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO

SAW-S SERIES  SAW  EN SERIE

AHW ATOMIC HYDROGEN WELDING SOLDADURA POR HIDRÓGENO ATÓMICO

BMAW BARE METAL ARC WELDING  

CAW CARBON ARC WELDING SOLDADURA POR ARCO DE CARBON

CAW-S SHIELDED PROTEGIDA

CAW-G GAS CON GAS

CAW-T TWIN DOBLE PROTECCION

EGW ELECTROGAS WELDING SOLDADURA POR ELECTROGAS

FCAW FLUX CORED ARC WELDING SOLDADURA DE CORAZON FUNDENTE

 

 

 

SOLDADURA EN ESTADO SOLIDO (SSW)

 

 

CEW COEXTRUSION WELDING SOLDADURA POR COEXTRUSION

CW COLD WELDING SOLDADURA EN FRIO

DFW DIFFUSIÓN WELDING SOLDADURA POR DIFUSIÓN

EXW EXPLOSION WELDING SOLDADURA POR EXPLOSION

FOW FORGE WELDING SOLDADURA POR FORJA

FRW FRICTION WELDING SOLDADURA POR FRICCIÓN

HPW HOT PRESSURE WELDING SOLDADURA POR PRESIÓN EN CALIENTE

ROW ROLL WELDING SOLDADURA POR ROLADO

USW ULTRASONIC WELDING SOLDADURA POR ULTRASONIDO

 

 

 

 

 

SOLDADURA BLANDA (SOLDERING  S)

 

DS DIP SOLDERING SOLDADURA BLANDA POR INMERSION

FS FURNACE SOLDERING SOLDADURA BLANDA POR HORNO

IS INDUCTION SOLDERING SOLDADURA BLANDA POR INDUCCIÓN

IRS INFRARED SOLDERING SOLDADURA BLANDA INFRARROJA

RS RESISTANCE SOLDERING SOLDADURA BLANDA POR RESISTENCIA

TS TORCH SOLDERING SOLDADURA BLANDA POR ANTORCHA

USS ULTRASONIC SOLDERING SOLDADURA BLANDA ULTRASONICA

 

 

SOLDADURA POR RESISTENCIA (RW)

 

FW FLASH WELDING POR DESTELLO

PW PROJECTION WELDING POR PROYECCIÓN

RSEW RESISTANCE SEAM WELDING POR CAPA DE RESISTENCIA

RSEW-HF HIGH FRECUENCY ALTA FRECUENCIA

RSEW-I INDUCTION POR INDUCCIÓN

RSW RESISTANCE SPOT WELDING POR PUNTOS

UW UPSET WELDING POR VOLCAMIENTO(COALESCENCIA+PRESIÓN)

UW-HF HIGH FRECUENCY CON ALTA FRECUENCIA

UW-I INDUCTION POR INDUCCION