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  • TECSUP - PFR Tecnologa de la Soldadura

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    UNIDAD II

    TECNOLOGAS DE UNIN Y PROCESOS DDEE

    SSOOLLDDAADDUURRAA

    DEFINICIONES Y TERMINOS ESTNDARES DE SOLDADURA. ANSI/AWS A3.0

    Breve resea histrica de la soldadura

    La soldadura se desarroll conjuntamente con la gran revolucin industrial y gracias al

    abastecimiento posible a gran escala de oxgeno, hidrgeno y acetileno. A la vez que

    los precios cada vez fueron ms accesibles, tambin se inventaron los sopletes cada

    vez ms adecuados, as como las tcnicas adecuadas para el almacenamiento de los

    gases necesarios para la soldadura.

    El desarrollo de las tcnicas de soldadura es desarrollada fuertemente en la revolucin

    industrial, ya que incentiv la introduccin a escala comercial de las tcnicas de

    remachado, soldeo fuerte y blando, soldeo por fusin, etc.

    La soldadura por flama se desarroll cuando y fue posible el abastecimiento a escala

    industrial de oxgeno, hidrgeno y acetileno a precios accesibles, se inventaron los

    sopletes adecuados y se desarrollaron las tcnicas de almacenamiento de dichos

    gases. En el ao 1916 la soldadura oxiacetilnica era ya un proceso completamente

    desarrollado capaz de producir soldaduras por fusin de calidad en chapas finas de

    acero, aluminio y cobre desoxidado, existiendo slo ligeras diferencias con los procesos

    utilizados en la actualidad.

    En 1801, Sir Humphrey Davy descubre el arco elctrico, pero sin embargo el

    descubrimiento permaneci durante muchos aos como curiosidad para los cientficos.

    As con el tiempo aparecen los primeros electrodos que fueron utilizados eran varillas

    metlicas desnudos de acero. Pero stas resultaban uniones soldadas muy dbiles y

    frgiles. Para contrarrestar las dificultades mencionadas comenzaron a desarrollar

    electrodos ligeramente recubiertos con materiales orgnicos e inorgnicos, aunque era

    slo para estabilizar el arco que a mejorar la unin soldada.

    En 1912, Strohmenger produce y patenta en U.S.A. un electrodo metlico que estaba

    recubierto con un aglomerado de materiales orgnicos e inorgnicos, estos electrodos

    producan uniones soldadas con buenas propiedades mecnicas. Aunque estos

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  • Tecnologa de la Soldadura TECSUP - PFR

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    primeros electrodos revestidos fueron aceptados lentamente por los empresarios ya

    que eran muy costosas.

    En 1930, la soldadura por arco elctrico se difundi y creci rpidamente por los

    buenos resultados en las uniones soldadas. Se construye en Carolina del Sur un barco

    mercante con planchas de acero totalmente soldadas, por lo que se le considera el

    precursor de los miles de barcos construidos mediante soldadura durante la II Guerra

    Mundial. En Europa los alemanes tambin haban construido los acorazados, utilizando

    la soldadura por arco elctrico, tres fueron lanzados al mar entre los aos 1931 y 1934.

    En 1932, se comenz a utilizar unos fundentes granulados para proteger el arco del

    aire, sta era depositada continuamente por delante del electrodo. Con el calor del

    arco se funda el fundente produciendo la atmsfera protectora y la escoria.

    En 1935, nace el proceso de soldadura por arco sumergido, con el empleo de

    fundentes granulares y alambres continuos como electrodos, este proceso se aplic

    principalmente en la construccin naval y en la fabricacin de tuberas.

    En 1935, con la introduccin de la corriente alterna, ofreca ciertas ventajas pero tena

    el inconveniente de producir un arco inestable, pero se da solucin con el desarrollo de

    revestimientos que se ionizan con mayor facilidad, haciendo posible que el arco de

    soldadura sea ms estable.

    En 1940, se da mayor importancia al proceso con proteccin gaseosa donde se emple

    un electrodo no consumible de volframio y helio como gas de proteccin, recibi la

    denominacin de TIG. Aunque el proceso haba sido ya patentada en 1900. y se

    desarroll entre los aos 20y 30.

    Con el empleo de la corriente alterna, con alta frecuencia se pudo mejorar la

    estabilidad del arco se hizo posible soldar aluminio y magnesio.

    En 1948, el electrodo de volframio se sustituy por un alambre slido continuo y

    consumible, as de esta manera aparece el nuevo proceso de soldadura por arco MIG.

    El costo elevado de los gases de proteccin, argn y helio, hacen que la soldadura del

    acero sea muy costos. Por lo que se sustituyeron por una mezcla ms econmica

    formada por el gas inerte, oxgeno y anhdrido carbnico, sta mezcla se descompone

    y reacciona durante la soldadura a su vez que produce arcos ms estables y con buena

    penetracin. A este proceso se le denomin MAG y por el bajo costo, fue rpidamente

    introducido en la industria del automvil y otras industrias metalmecnicas.

    En 1958, se desarroll la "soldadura tubular" donde le material de aporte consiste en

    un alambre/electrodo, que es una varilla metlica hueca en cuyo ncleo est alojada

    el fundente, este proceso ofrece mayores ventajas porque se puede aplicar juntamente

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    con el fundente aleantes especiales para obtener uniones soldadas con caractersticas

    especiales, se enrolla fcilmente en una bobina, para ser empleados en equipos con

    alimentacin automtica. Este tipo de electrodo es utilizable con o sin gas de

    proteccin.

    En 1969, Robert Hall inventa el lser semiconductor. La aplicacin industrial del lser

    es utilizado en la fabricacin de vehculos. El lser de dixido de carbono es la

    utilizada en la industria para corte y soldado

    El desarrollo tecnolgico actual est centrndose en la mejora de las fuentes de

    energa aplicando la microelectrnica y de la informtica, para mejorar el control del

    arco y de los parmetros de soldadura.

    Actualmente, en el campo de la soldadura lo que ms se est investigando son los

    nuevos materiales no metlicos y aleaciones metlicas que hasta ahora eran no

    soldables. Tambin la mecanizacin, automatizacin, robotizacin y control de los

    procesos mediante ensayos no destructivos y registro de los parmetros en tiempo

    real.

    1. TECNOLOGAS DE UNIN

    Las formas posibles de unir piezas metlicas se pueden dividir en tres mtodos de

    de trabajo como son las uniones mecnicas, soldadas y adhesivas, representadas

    en la siguiente figura N 1.

    Dentro de las uniones mecnicas clsicas tenemos el atornillado, roblonado,

    remachado o plegado. Estas fueron las ms empleadas para la unin de piezas

    metlicas durante el siglo XIX.

    Las uniones por soldadura de los metales, comenz en el siglo XX desplazndolo al

    mtodo de unin mecnica y transformndose en el ms importante proceso de

    unin de materiales metlicos.

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    Unin poradhesivos

    Soldadura

    Unin mecnica

    Unin de

    materiales

    Soldadura por

    resistencia

    Soldadura por

    Fusin

    Soldadura fuerte yblanda

    OPERACION MTODO DE TRABAJO CLASE DE SOLDADURA

    DIAGRAMA DE MTODO DE UNIN

    Figura 1. Esquema de los mtodos de unin de los materiales

    Las uniones sintticas tambin comenzaron a aparecer durante este siglo XX,

    justamente la versatilidad de su formulacin y aplicacin. Los sintticos pueden

    llegar a convertirse en el sistema de unin ms importante del siglo XXI, por el

    desarrollo de los nuevos productos y su implicacin en los diferentes procesos

    de fabricacin.

    La soldadura es el proceso de unin que establece la continuidad entre las

    piezas metlicas a unir con o sin fusin, con o sin aplicacin de presin y con o

    sin aportacin de material.

    La soldadura puede ser homognea o heterognea, soldadura homognea es

    cuando el material base como el material de aporte tendrn las mismas

    caractersticas de composicin, por ejemplo material base de acero y material

    de aporte de acero, que al unirse darn como resultado una unin homognea

    de acero. En la soldadura heterognea, es cuando el material base ser soldado

    con un material de aporte de composicin diferente, por ejemplo: una material

    base de fundicin ser soldada con un material de aporte de una aleacin de

    nquel.

    Es posible observar en la figura 2 que la unin por soldadura es la que nos

    permite conseguir una continuidad en un mismo plano, con esto es facilitar la

    transmisin de tensiones internas entre las piezas unidas.

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    Figura 2. Representacin de los mtodos de unin de los materiales

    La figura 1 se representa en forma esquemtica, la clasificacin de la soldadura

    de acuerdo con la AWS, y los diferentes mtodos de unin de materiales,

    diferenciamos los de la unin por soldadura en tres grandes grupos:

    Soldadura por fusin.

    Soldadura por resistencia.

    Soldadura fuerte o blanda.

    2. PROCESOS DE SOLDADURA

    Procesos de soldadura por fusin

    En este proceso de soldadura por fusin siempre se produce la fusin del metal

    base y conjuntamente con el metal de aportacin cuando ste es empleada. Por

    tanto, existe un bao de fusin formada slo por metal base, o por metal base y

    de aportacin.

    Unin atornillada

    Unin remachada

    Unin mediante adhesivos

    Unin por soldadura fuerte y soldadura blanda

    Unin por Soldadura

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    UsuarioNota adhesivaSoldadura por fusinLa soldadura por fusin (welding) es el procedimiento de unir dos metales donde el material base se calienta a una alta temperatura superando su punto de fusin, entonces aprovechando su estado lquido se mezclan para formar una unin con la fusin de todas las partes implicadas incluyendo material de aporte si existiera

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    Figura 3. Representacin del proceso de soldadura por fusin

    Procesos de soldadura por resistencia

    Son aqullos en los que nunca se produce la fusin del metal base, ni la del de

    aportacin cuando ste se emplea. Es decir, nunca existe una fase lquida.

    Figura 4. Representacin del proceso de soldadura por resistencia

    Procesos de soldadura fuerte y blanda

    Son aqullos en los que siempre se produce la fusin del metal de aportacin,

    pero no la del metal base. Es decir, siempre existe una fase lquida formada

    slo por metal de aportacin.

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    UsuarioNota adhesivaSoldadura por ResistenciaEn la soldadura por resistencia, los metales se unen sin necesidad de material de aporte, es decir, por aplicacin de presin y corriente elctrica sobre las reas a soldar. La cantidad de calor a aportar, depende de la resistencia elctrica sobre dicha rea. Este hecho, es un factor importante en este tipo de procesos de soldadura y le aporta el nombre a dicho proceso.

    Los principales procesos de soldadura por resistencia son:* Soldadura por puntos* Soldadura por proyecciones o resaltos* Sodadura por costura (rldanas)* Soldadura a tope* Soldadura por chispa

    UsuarioNota adhesivaLa denominacin americana brazing define a este tipo de soldadura, y de la castellanizacin del trmino ingls derivan las palabras braseado o brassage por las cuales tambin es conocida.Este proceso, tambin llamado soldadura heterognea, las uniones se realizan por efecto capilar, por tanto la preparacin de las juntas es fundamental y debern ser lo ms estrechas posible.Quiz el punto ms interesante para los departamentos de ingeniera est en la facilidad de automatizacin y de realizacin de varias soldaduras a la vez en un solo proceso de calentamiento, lo que redunda en un menor costo de la operacin de unin.

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    La diferencia entre soldeo fuerte y soldeo blando reside en que en el soldeo

    fuerte el metal de aportacin funde por encima de 450 C. mientras que en el

    soldeo blando el material de aportacin funde a 450 C o a temperaturas

    inferiores.

    Figura 5. Representacin del proceso de soldadura fuerte y blanda

    Clasificacin de procesos de soldadura por arco elctrico

    Como podemos observar el en grfico anterior la operacin de unin de materiales

    y el mtodo de y su trabajo de la soldadura es una clase de soldadura por fusin.

    Esa se clasifica dentro de las categoras por fusin que usa la energa elctrica para

    transformado en calor y como proteccin puede utilizar un gas o flux, dando como

    resultado el proceso de soldaduras por arco.

    CATEGORA ENERGA CALOR PROCESOPROTECCION

    GTAW (TIG)

    GMAW (MIG-MAG)

    PAW (PLASMA)GAS

    FLUX

    SMAW (Electrodo

    revestido)

    SAW (Arco sumergido)

    FCAW (Soldadura

    tubular)

    ARCOELECTRICASOLDADURA

    POR

    FUSIN

    Figura 6. Diagrama de clasificacin de la soldadura por fusin

    PROCESOS DE SOLDADURA MS COMUNES

    El adelanto de los procesos soldadura, tanto para fabricaciones como para

    reparaciones, ha trado mejoras en los procesos para soldar. Muchos de los

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    cuales requieren de un equipo especializado. Cada nuevo proceso resuelve una

    limitacin, o problemas de los procesos existentes.

    ALGUNOS PROCESOS DE SOLDADURA

    en fro CW

    por difusin DFW

    por explosin EXW

    por friccin FRW

    por ultrasonido USW

    Soldadura con

    gas (OFW)

    Soldadura en

    estado slido

    (SSW)

    Soldadura por Puntos

    Soldadura de Costura

    Soldadura recalcado

    Soldadura por

    resistencia (RW)

    Soldadura por induccin IW

    Soldadura Lser LBW

    Otros procesos

    de carbn CAW

    con alambre tubular FCAW

    Soldadura por

    arco (AW)

    oxiacetilnica OAW

    oxihidrgeno OHW

    a presin PGW

    con gas de proteccin (MIG/MAG) GMAW

    con electrodo no consumible (TIG) GTAW

    plasma PAW

    con electrodo revestido SMAW

    Soldadura por arco sumergido SAW

    Figura 7. Representacin de los principales procesos de soldadura

    Existen una gran cantidad de procesos de soldadura pero en esta unidad nos

    centraremos en los principales procesos de soldadura que ms se utilizan

    industrialmente para la produccin y mantenimiento. Los otros procesos no son menos

    importantes sino que son especficos para cada para un determinado trabajo.

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    Las principales diferencias en los procesos de soldadura y el equipo creado, se

    relacionan con:

    a. El tipo de material a unir (Aceros al carbono, aceros aleados, fundiciones y

    metales no ferrosos).

    b. La finalidad del proceso de soldadura (unir piezas metlicas o recuperar

    partes de mquinas).

    c. El tipo de proceso de soldadura para la cual es adecuada la tcnica (por

    presin o por fusin).

    d. Formas de hacer el proceso de soldadura (a mano, mecnica y automtica)

    Los procesos de soldadura ms usadas pueden son:

    Soldadura Oxiacetilnica (autgena). OFW

    Soldadura sin fusin del metal base:

    soldadura fuerte (BRAZING) y

    soldadura blanda (SOLDERING).

    Soldadura elctrica al arco. (SMAW, GMAW, GTAW, FMAW, PAW, etc.)

    Soldadura elctrica por resistencia.

    SOLDADURA CON FLAMA DE GAS (OFW) OXY-FUEL WELDING

    La soldadura con gas fue lanzada como un resultado del desarrollo del mtodo

    Linde para la produccin de oxgeno a partir del aire lquido en 1893 y el

    soplete oxiacetilnico inventado por. Fourche y Picard en 1903. El calor

    necesario para la fusin del metal base y del metal de aportacin se produce

    por accin de la flama de un gas combustible (generalmente acetileno) y

    oxgeno.

    La soldadura oxiacetilnica es el proceso ms comn de soldadura con flama de

    gas. La operacin de soldadura puede realizarse con o sin metal de aporte.

    Las partes a unir pueden fundirse a medida que se va realizando la operacin

    de soldadura.

    1. Material base

    2. Boquilla

    3. Varilla

    4. Flama de soldadura

    5. Cordn de soldadura

    Figura 8. Soldadura Oxiacetilnica

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    SOLDADURA SIN FUSIN DEL METAL BASE: SOLDADURA BLANDA

    Y FUERTE

    Para la soldadura blanda o fuerte solamente el material de aportacin se

    funde. El material de base tiene que quedar slido, pero es posible que los

    materiales de base tengan diferentes puntos de fusin para unir.

    La Soldadura Blanda: (Soldering)

    Cuando el material de aporte funde por debajo de los 450C. Como

    ejemplo tenemos las soldaduras con estao y plomo por cautn.

    Figura 9. Soldadura blanda

    Proceso al soldar. a) limpieza de las partes que se van a unir, aplicacin de

    lquido de soldar, b) limpieza del soldador, c) apretado de las planchas,

    aplicacin de la soldadura fundida.

    La Soldadura Fuerte: (Brazing) Cuando el material de aporte funde por

    encima de los 450C. Como ejemplo tenemos la soldadura realizada con

    bronce y plata.

    Figura 10. Soldadura fuerte

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    SOLDADURA POR ARCO ELECTRICO

    La soldadura por arco elctrico cualquier tcnica que se emplea como medio de

    calentamiento para la soldadura al arco elctrico.

    El nombre que se le da a cada uno de ellos es genrico del procedimiento (por

    ejemplo: soldadura al arco en atmsfera de argn). En la prctica de todos

    modos, como existen muchas fbricas que construyen aparatos para la

    soldadura al arco elctrico, cada uno designa su aparato con un nombre

    comercial, que suele ser el ms conocido.

    SOLDADURA AL ARCO CON ELECTRODO DE CARBN

    Bernardos fue el inventor de la soldadura elctrica por fusin. Utilizaba como

    electrodo una varilla ge carbn: el arco entre el electrodo y la pieza.

    El calor del arco elctrico lograba la fusin del chafln, .pero como se producan

    prdidas de metal, era preciso aportar ste independientemente, mediante una

    varilla metlica (de modo semejante a como se hace en la soldadura autgena)

    Figura 11. Soldadura por Arco con electrodo de grafito

    SOLDADURA AL ARCO CON ELECTRODO METALICO (SMAW)

    Es el procedimiento utilizado corrientemente. La diferencia con el anterior

    consiste en haber sustituido el electrodo de carbn por un electrodo metlico,

    con lo cual no es preciso aportar metal independiente, puesto que el mismo

    electrodo va fundiendo, suministrando material a la soldadura.

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    Figura 12. Soldadura por Arco Elctrico Manual

    SOLDADURA APOR ARCO SUMERGIDO (SAW)

    Este procedimiento, en vez de utilizar un gas o el recubrimiento fundente del

    electrodo para proteger la unin del aire, usa un bao de material fundente en

    polvo donde se sumergen las piezas a soldar. Se pueden emplear varios

    electrodos de alambre desnudo y el polvo sobrante se utiliza de nuevo, por lo

    que es un procedimiento muy econmico.

    Figura 13. Soldadura por Arco Sumergido

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    SOLDADURA CON PROTECCION GASEOSA CON ELECTRODO DE

    TUNGSTENO (GTAW)

    La soldadura con proteccin gaseosa es la soldadura TIG, que utiliza un gas

    inerte para proteger los metales del oxgeno, como la MIG, pero se diferencia

    en que el electrodo no es fusible; se utiliza una varilla refractaria de volframio.

    El metal de aportacin puede suministrarse acercando una varilla desnuda al

    electrodo.

    Figura 14. Soldadura por Arco Con electrodo de tungsteno

    SOLDADURA POR ARCO CON PROTECCIN GASEOSA CON MATERIAL DE

    APORTE CONSUMIBLE (GMAW)

    Es la que utiliza un gas para proteger la fusin del aire de la atmsfera.

    Segn la naturaleza del gas utilizado se distingue entre soldadura MIG, si

    utiliza gas inerte, y soldadura MAG si utiliza un gas activo. Los gases

    inertes utilizados como proteccin suelen ser argn y helio; los gases

    activos suelen ser mezclas con dixido de carbono. En ambos casos el

    electrodo, una varilla desnuda o consumible que se funde para rellenar la

    unin.

    Figura 15. Soldadura con atmsfera protegida (GMAW)

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    SOLDADURA POR ARCO DE PLASMA "PAW" (PLASMA ARC WELDING)

    La soldadura de arco de plasma PAW, es un proceso muy similar al proceso de

    soldadura TIG "GTAW", de hecho es una evolucin de este mtodo, el cual esta

    diseado para incrementar la productividad.

    En la soldadura por arco de plasma PAW, el uso del gas es algo ms complejo,

    dos flujos de gases separados trabajan cada uno cumpliendo un papel

    diferente.

    Las partes que componen el proceso bsico tenemos: un gas que fluye

    envolviendo el electrodo de Tungsteno y por consiguiente formando el ncleo

    del arco de plasma y el escudo de gas que provee proteccin a la soldadura

    fundida.

    Figura 16. Arco plasma

    SOLDADURA ELCTRICA POR RESISTENCIA

    Se realiza por el calentamiento que experimentan los metales debido a su

    resistencia al flujo de una corriente elctrica (efecto Joule). Los electrodos se

    aplican a los extremos de las piezas, se colocan juntas a presin y se hace

    pasar por ellas una fuerte corriente elctrica durante un instante. La zona de

    unin de las dos piezas, como es la que mayor resistencia elctrica ofrece, se

    calienta y funde los metales. Este procedimiento se utiliza mucho en la industria

    para la fabricacin de lminas y alambres de metal, y se adapta muy bien a la

    automatizacin.

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  • TECSUP - PFR Tecnologa de la Soldadura

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    Figura 17. Soldaduras de resistencia

  • Tecnologa de la Soldadura TECSUP - PFR

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    ANOTACIONES:

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