FUNDAMENTOS DE SOLDADURA

 Procesos de unión y ensamble

La soldadura es un proceso de unión de materiales en el cual se funden las superficies de contacto de dos (o más) partes mediante la aplicación conveniente de calor o presión.

 En algunos casos se agrega un material de aporte o relleno para facilitar la fusión.

Ventajas:

  • La soldadura proporciona una unión permanente. Las partes soldadas se vuelven una sola unidad.
  • La unión soldada puede ser más fuerte que los materiales originales, si se usa un metal de relleno que tenga propiedades de resistencia superiores a la de los materiales originales y se emplean las técnicas de soldadura adecuadas.
  • En general, la soldadura es la forma más económica de unir componentes,
  • La soldadura no se limita al ambiente de fábrica. Puede realizarse en el campo.

Limitaciones y desventajas (o desventajas potenciales):

  • La mayoría de las operaciones de soldadura se realizan en forma manual y son elevadas en términos de costo de mano de obra.
  • implican el uso de mucha energía, y por consiguiente son peligrosos.
  • Dado que la soldadura obtiene una unión permanente entre los componentes, no permite un desensamble adecuado. Si se requiere un desensamble ocasional de producto (para reparación o mantenimiento), no debe usarse la soldadura como método de ensamble.

1. Tipos de procesos de soldadura

Podemos dividir los procesos de soldadura en dos grupos principales:

 1) Soldadura por fusión.

Los procesos de soldadura por fusión usan calor para fundir los metales base.  En muchas operaciones de soldadura por fusión, se añade un metal de aporte a la combinación fundida para facilitar el proceso y aportar volumen y resistencia a la unión soldada. Una operación de soldadura por fusión en la cual no se añade un metal de aporte se denomina soldadura autógena. La categoría por fusión comprende los procesos de soldadura de uso más amplio e incluye los siguientes grupos generales:

  • Soldadura con arco eléctrico: La soldadura con arco eléctrico hace referencia a un grupo de procesos de soldadura en los cuales el calentamiento de los metales se obtiene mediante un arco eléctrico, como se muestra en la figura 1. Algunas de las operaciones de soldadura con arco eléctrico también aplican presión durante el proceso, y la mayoría utiliza un metal de aporte.
  • Soldadura por resistencia: La soldadura por resistencia obtiene la fusión usando el calor de una resistencia eléctrica para el flujo de una corriente que pasa entre las superficies de contacto de dos partes sostenidas juntas bajo presión.
  • Soldadura con oxígeno y gas combustible: Estos procesos de unión usan un gas de oxígeno y combustible, tal como una mezcla de oxígeno y acetileno, con el propósito de producir una flama caliente para fundir la base metálica y el metal de aporte, en caso de que se utilice.

FIGURA 1 Fundamentos de la soldadura con arco eléctrico:

(1)     antes de la soldadura;

(2)     durante la soldadura, se funde la base metálica y se agrega el metal de aporte al conjunto fundido y

(3) la soldadura terminada.  Hay muchas variaciones de¡ proceso de soldadura con arco eléctrico.

  2) Soldadura de estado sólido.

La soldadura de estado sólido se refiere a los procesos de unión en los cuales la fusión proviene de la aplicación de presión solamente o una combinación de calor y presión. Si se usa calor, la temperatura del proceso está por debajo del punto de fusión de los metales que se van a soldar. No se utiliza un metal de aporte en los procesos de estado sólido. Algunos procesos representativos de soldadura de este tipo incluyen los siguientes:

  • Soldadura por difusión: En la soldadura por difusión, se colocan juntas dos superficies bajo presión a una temperatura elevada y se produce la coalescencia de las partes por medio de fusión de estado sólido.
  • Soldadura por fricción: En este proceso, la coalescencia se obtiene mediante el calor de la fricción entre dos superficies.
  • Soldadura ultrasónica: La soldadura ultrasónica se realiza aplicando una presión moderada entre las dos partes y un movimiento oscilatorio a frecuencias ultrasónicas en una dirección paralela a las superficies de contacto. La combinación de las fuerzas normales y vibratorias produce intensas tensiones que remueven las películas superficiales y obtienen la unión atómica de las superficies.

La lista anterior proporciona una referencia suficiente para nuestro análisis de la terminología y los principios de soldadura en este capítulo.

2. LA UNIÓN POR SOLDADURA

La soldadura produce una conexión sólida entre dos partes, denominada unión por soldadura. Esta unión por soldadura es el contacto de los bordes o superficies de las partes que se han unido mediante soldadura. En esta sección, se examinará el tema de las uniones por soldadura, los tipos de uniones y los diferentes tipos de soldaduras que se usan para unir las partes que forman precisamente esta acción.

2.1. Tipos de uniones

Hay cinco tipos básicos de uniones para integrar dos partes de una junta. De acuerdo con la figura.2             

se definen del siguiente modo:

(a) Unión empalmada.  En este tipo de unión, las partes se encuentran en el mismo plano y se unen en sus bordes.

(b) Unión de esquina.  Las partes en una unión de esquina forman un ángulo recto y se unen en la esquina del ángulo.

(c) Unión superpuesta.  Esta unión consiste en dos partes que se sobreponen.

(d) Unión en T. En la unión en T, una parte es normal a la otra en una forma parecida a la letra T.

(e) Unión de bordes.  Las partes en una unión de bordes están paralelas con al menos uno de sus bordes en común y la unión se hace en el borde común.

FIGURA 2 Cinco tipos básicos de uniones: (a) empalmada, (b) de esquina, (c) superpuesta, (d) en T y (e) de bordes. 

 2.2. Tipos de soldaduras

Soldadura de filete para rellenar los bordes de las placas creadas mediante uniones de esquina, sobrepuestas y en T, igual que en la figura 3. Se usa un metal de relleno para proporcionar una sección transversal de aproximadamente la forma de un triángulo. Es el tipo de soldadura más común en la soldadura con arco eléctrico y en la de oxígeno y gas combustible porque requiere una mínima preparación de los bordes; se usan los bordes cuadrados básicos de las partes. Las soldaduras de filete pueden ser sencillas o dobles (esto es, soldarse en uno o ambos lados) y continuas o intermitentes (esto es, soldadas a lo largo de toda la longitud de la unión o con espacio sin soldar a lo largo de una orilla).

Las soldaduras con surco o ranura generalmente requieren que se moldeen las orillas de las partes en un surco para facilitar la penetración de la soldadura. Las formas con surco incluyen un cuadrado, un bisel, la V, la U y la J, en lados sencillos o dobles, como se muestra en la figura 4. Se usa material de relleno para saturar la unión, por lo general mediante soldadura con arco eléctrico o con oxígeno y gas combustible. Con frecuencia se preparan los bordes de las partes más allá de un cuadrado básico, aunque se requiera de un procesamiento adicional, para aumentar la firmeza de la unión soldada o donde se van a soldar partes más gruesas.  Aunque se asocia más estrechamente con una unión empalmada, la soldadura con surco se usa en todos los tipos de uniones, excepto en la sobrepuesta.

Las soldaduras con insertos y las soldaduras ranuradas se usan para unir placas planas, como se muestra en la figura 5, usando uno o más huecos o ranuras en la parte superior, que después se rellenan con metal para fundir las dos partes.

FIGURA 3 Diversas formas de soldaduras de filete:

(a)      unión de esquina con filete interno único;

(b)      unión de esquina con filete externo único;

(c)      unión sobrepuesta con filete doble y

(d)      unión en T con filete doble. 

Las líneas con guiones muestran los bordes originales de las partes.

FIGURA 4 Algunas soldaduras con surco típicas:

(a)      soldadura con surco cuadrada, un lado;

(b)      soldadura con surco en bisel único;

(c)      soldadura con surco en V único;

(d)      soldadura con surco en U único;

(e)      soldadura con surco en j único;

(f)      soldadura con surco en V doble para secciones más gruesas. 

Las líneas con guiones muestran los bordes originales de las partes.

FIGURA 5 (a) Soldadura con inserto y (b) soldadura en ranura.

La soldadura de puntos y la soldadura engargolada, usadas para uniones sobrepuestas, se muestran en la figura 6. Una soldadura de puntos es una pequeña sección fundida entre las superficies de dos chapas o placas. Normalmente se requieren varias soldaduras de puntos para unir las partes. Se asocia más estrechamente con la soldadura por resistencia. Una soldadura engargolada es similar a una de puntos, excepto que consiste en una sección fundida más o menos continua entre las dos chapas o placas.

FIGURA 6 (a) Soldadura de untos (b) soldadura engargolada.

La figura 7 muestra soldaduras en flancos y soldaduras en superficies. Una soldadura en flanco se hace en los bordes de dos (o más) partes, por lo general láminas metálicas o placas delgadas, en donde al menos una de las partes está en un flanco, como se aprecia en la parte (a).  Una soldadura en superficie no se usa para unir partes, sino para depositar metal de relleno sobre la superficie de una parte base en una o más gotas de soldadura. Las gotas de soldadura se incorporan en una serie de pasadas paralelas sobrepuestas, con lo que se cubren grandes áreas de la parte base. El propósito es aumentar el grosor de la placa o proporcionar un recubrimiento protector sobre la superficie.

FIGURA 7 (a) Soldadura en flanco y (b) soldadura en superficie.

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