Introducción a los Procesos de Soldadura
La soldadura es un proceso fundamental en la industria para unir, reparar, revestir, recuperar y fabricar piezas. Este proceso utiliza calor y/o presión para lograr la coalescencia de los materiales. La American Welding Society (AWS) define la soldadura como un proceso de unión que produce la coalescencia de materiales por calentamiento de estos a una temperatura adecuada, con o sin la aplicación de presión o por la aplicación solamente de presión, con o sin el uso de un metal de aporte. La soldabilidad se refiere a la capacidad de un material para ser soldado bajo condiciones de fabricación específicas y en una estructura diseñada adecuadamente para el servicio previsto.
Procesos de Soldadura por Fusión
La soldadura por fusión es un proceso en el que la unión de los metales se realiza mediante la fusión de estos. Los procesos de soldadura por fusión se diferencian de los procesos de soldadura en estado sólido, por el hecho de que en estos últimos no hay fusión involucrada.
1. Soldadura por Presión con Calor
1.1 Soldadura por Presión (Forja)
1 Sol. por presión: Las fuerzas aplicadas a los materiales a unir tienen que superar los esfuerzos de fluencia de estos y lograr la eliminación de la capa superficial no metálica, logrando de esta manera que los átomos de la superficie logren la distancia de equilibrio, logrando la coalescencia.
1.2 Soldadura con Gas
Sol. con gas: Las superficies a unir se funden con la llama de un soplete de gas, con frecuencia una mezcla adecuada de oxígeno y acetileno. Se utiliza material de aporte en forma de varilla o de alambre continuo y está hecho de una aleación similar a la que se suelda. Las varillas pueden venir desnudas o recubiertas de un material fundente cuyo objetivo es retardar la oxidación de la superficie que se está soldando. Se emplea en aleaciones ferrosas y no ferrosas. Espesores no mayores a 6 mm.
2. Soldadura por Arco Eléctrico
2. Sol. arco eléctrico: El calor requerido se obtiene de la energía eléctrica (corriente alterna o continua), usando un electrodo consumible o no consumible, en varilla o alambre. Se produce un arco entre el extremo del electrodo y la pieza de trabajo.
2.1 Soldadura por Arco Protegido (SMAW)
2.1 Sol. Arco protegido: El arco eléctrico se genera debido al contacto del extremo del electrodo recubierto con la pieza de trabajo. La soldadura la forman el metal base, metal del electrodo y las sustancias provenientes del recubrimiento del electrodo. Corrientes demasiado bajas causan fusión incompleta, y demasiado altas pueden dañar la cubierta del electrodo y reducir su efectividad. Espesores de 6 a 19 mm. La escoria debe removerse y limpiarse después de cada pasada o cordón de soldadura.
2.2 Soldadura por Arco Sumergido (SAW)
2.2 Sol. arco sumergido SAW: La protección se obtiene mediante un fundente granulado. El fundente es introducido a la zona soldada por gravedad. La gruesa capa de fundente cubre completamente el metal fundido y previene las salpicaduras y chisporroteo, además de evitar las intensas radiaciones y humos del proceso de arco protegido. El fundente actúa como un aislante térmico. El electrodo consumible es una bobina de alambre redondo, desnudo. Fuente de poder continua o alterna. Limitado a soldar en posición plana y horizontal. Para grandes volúmenes de producción y para mayor economía. Aceros al carbono, láminas de acero inoxidable. Buena tenacidad, ductilidad y uniformidad de propiedades de soldadura. Más rápido que el arco protegido.
3. Soldadura MIG (GMAW)
3 Sol. MIG: Utiliza como protección una fuente externa de gas (Argón, Helio, CO2). El alambre desnudo es alimentado automáticamente a través de una tobera. Hay desoxidantes presentes en el electrodo metálico con el objetivo de prevenir la oxidación de la pileta de metal fundido. Las soldaduras tienen poca escoria. Pueden depositarse múltiples cordones.
3.1 Transferencia Spray
3.1 Spray: Pequeñas gotas de metal fundido son transferidas desde el electrodo al área de soldadura (cientos de gotas por segundo). No produce salpicadura y es muy estable. Se utilizan altos voltajes y corrientes y grandes diámetros de electrodos.
3.2 Transferencia Globular
3.2 Transferencia globular: Se utilizan gases ricos en CO2, los glóbulos son impulsados por la fuerza del arco eléctrico y transferidos al metal. Produce salpicadura. Se utilizan altas corrientes. Grandes penetraciones y velocidad de soldeo mayor que la spray. Puede unir secciones muy gruesas.
3.3 Transferencia por Cortocircuito
3.3 Transferencia por cortocircuito: El metal es transferido en gotas individuales. Se utilizan bajas corrientes y voltajes. Electrodos hechos de alambre de pequeño diámetro. Las temperaturas involucradas son bajas. Este método es conveniente solo para láminas y secciones delgadas (menos de 6 mm). Produce salpicadura.
4. Soldadura TIG (GTAW)
4 MIG: Utiliza electrodo de tungsteno no consumible. No hay salpicadura. Se suministra gas protector inerte (Argón o Helio) desde una fuente externa. Los materiales de aporte deben ser similares a los que se van a soldar. No se usa fundente. Se prefiere la corriente alterna para el aluminio y magnesio debido a que la acción de limpieza de esta remueve los óxidos y mejora la calidad de la soldadura. Cordones más resistentes, más dúctiles y menos sensibles a la corrosión. Soldaduras limpias y uniformes. Alto costo.
5. Soldadura por Resistencia Eléctrica
5 Sol. por resistencia eléctrica: El calor requerido para la soldadura es producido por medio de la resistencia eléctrica entre los dos miembros que se van a unir. No requiere electrodos consumibles, gases conductores o fundentes. Debido a que la resistencia en el contacto de las piezas son generalmente bajas, la corriente requerida es alta. Soldadura por puntos, soldadura por costura (puntos continuos).
6. Soldadura de Recuperación
6 Sol. de Recuperación: El objetivo es recuperar piezas que han salido de operación por desgaste.
Metalurgia de la Soldadura
La soldadura por fusión es un proceso metalúrgico que involucra la fusión y solidificación del metal base y, en muchos casos, la adición de un metal de aporte. La comprensión de los principios metalúrgicos es esencial para obtener soldaduras de alta calidad.
Efectos de los Parámetros de Soldadura
- Magnitud del calor de entrada, velocidad de soldadura y precalentamiento.
- Distribución del calor de entrada.
- Espesor y geometría de la pieza.
- Baño fundido.
Factores que Afectan la Soldabilidad
- El metal base se selecciona dependiendo de su aplicación en base a sus propiedades: fluencia, tenacidad a la fractura, resistencia a la corrosión, o la densidad.
- La soldabilidad se ve afectada por la sección transversal y espesor, la limpieza de las superficies a ser unidas, y las propiedades mecánicas de los metales.
- El factor que más afecta la capacidad de un metal base es su composición química.
Tensiones Residuales y Distorsión
Tensiones residuales: Son aquellas que permanecen en un cuerpo si todas las cargas externas son removidas. Las tensiones residuales que existen en un cuerpo que ha sido previamente sometido a cambios de temperatura no uniformes son llamadas tensiones térmicas.
Distorsión de los componentes soldados: Es mucho más severa en secciones gruesas, debido a la mayor extensión de las contracciones durante la solidificación y durante el enfriamiento.
Fatiga de Componentes Soldados
Fatiga de componentes soldadas: Puede producirse falla por fatiga debido a la existencia de cargas repetidas. 3 etapas: iniciación de la grieta – propagación de la grieta – fractura.
Factores que Afectan el Comportamiento de la Fatiga
- Propiedades de los metales.
- Razón de tensiones.
- Procedimiento de soldadura.
- Tratamientos posteriores a la soldadura.
- Condiciones de carga.
- Tensiones residuales.
Tipos de Electrodos para Soldadura por Arco Protegido
Electrodos Ácidos
Ácido: Ventajas: bajo coste, arcos estables, corriente CA y CC, escoria fácil de eliminar. Inconvenientes: baño fluido, escaso efecto de limpieza, escoria no se puede refundir, elevado aporte de hidrógeno. Aplicaciones: soldadura horizontal, acero bajo en carbono, soldaduras económicas.
Electrodos Rutílicos
Rutílico: Ventajas: bajo coste, arco estable, fácil cebado, corriente CA y CC, cordón de estética mejor. Inconvenientes: baño fluido, escaso efecto de limpieza, elevado aporte de hidrógeno. Aplicaciones: soldadura en horizontal, soldadura en vertical, aceros bajo en carbono.
Electrodos Celulósicos
Celulósico: Ventajas: elevada penetración, elevada manejabilidad, escoria reducida. Inconvenientes: son necesarios generadores de CC con elevada tensión de vacío, elevado aporte de hidrógeno. Aplicaciones: soldadura en todas las posiciones, soldadura en tubos, acero bajo en carbono.
Electrodos Básicos
Básico: Ventajas: óptima limpieza del material, aporte de hidrógeno muy reducido, baño frío. Inconvenientes: arco poco estable, escoria que no se puede refundir, generadores de CC.
Categorías del Proceso de Soldadura
Proceso de soldadura 2 categorías:
- Alimentación discontinua: Arco protegida, TIG y soldadura por plasma.
- Alimentación continua: MIG y arco sumergido.
Los procesos con varilla continua, utilizan una fuente de poder de tipo voltaje constante.
Soldadura al arco protegido/Soldadura TIG/Soldadura con plasma: Corriente constante.
Proceso MIG/Soldadura al arco sumergido: Voltaje constante.