SOLDADURA Resumen del libro: Soldadura de los aceros. Aplicaciones de Manuel Reina Gómez. Temas: del 1 al 9 del programa. José Manuel Gómez Vega. (mayo 2004) IngeMek Ingenieros www.ingemek.es
SOLDADURA. TEMA 1. SOLDADURA Y RECARGUES POR COMBUSTIÓN. Soldadura autógena: soldadura a gas con soplete. Usos: a) No se dispone de equipo para soldar eléctricamente. b) Accesibilidad. 1.1. Combustibles. Estado gaseoso, H 2,CO 2 e Hidrocarburos. 1. LLAMAS. Reacciones en llama: -Disociación gas en elementos: se genera calor (entalpía libre de formación). -Combustión de éstos en O 2 o aire. Interesa que entalpía sea elevada (hidrocarburo inestable y más reactivo) y de signo positivo (genere calor). Calor total de combustión (potencia calorífica) = entalpía libre de formación + calores de combustión de C y H 2. Acetileno: hidrocarburo más importante, triple enlace, muy reactivo y entalpía libre de formación + 1.2. Cualidades de las llamas. a) Térmicas: mejor cuanta más alta temperatura produzca (mayor al punto de fusión). b) Químicas: llama reductora, elementos CO y H 2 ideal. c) Aplicación Industrial: Rigidez (velocidad de combustión) y flexibilidad (inflamabilidad mezcla). d) Económicas: velocidad ejecución (depende de temperatura de llama); poder de combustión (cantidad O 2 y combustible en la mezcla). 1.3. Zonas de las llamas para soldeo. (a) Mezcla combustible con O 2. (b) Dardo: mezcla calentada hasta Tª de inflamación. (c) Zona estrecha donde se da la reacción. (d) Zona de llama usada en soldadura. (e) Zona donde se concentran productos de reacción primaria; determina la cualidad química de la llama. (f) Penacho, zona externa, llama oxidante. 2. LLAMA OXIACETILÉNICA. Gases acetileno y O 2 en un soplete. La llama se da en la boquilla. Tres zonas: (1) Dardo (cónica). (2) Azul (reductora). (3) Penacho (exterior, rosada). Regiones Dardo: (1) Tª inferior a la de inflamación, no hay reacción. (2) Combustión estacionaria que envuelve a la anterior, dando la reacción. Zona reductora: Están los productos de la reacción. CO y H 2 descomponen los óxidos (purifican baño de fusión). JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 1 -
TEMA 1. SOLDADURA Y RECARGUES POR COMBUSTIÓN. Penacho: Reacción secundaria con el aire, es zona de blindaje exterior ante el O 2 (protección antioxidante). Límites inflamabilidad: con mucho margen >> mucha flexibilidad. Tipos de llama según dosificación de mezcla: (1) Oxidante: exceso de O 2. Dardo corto, no hay penacho. (2) Neutra: relación mezcla 1:1. (3) Carburante: exceso de C 2 H 2. Penacho alargado, arde irregularmente, reduce óxidos de hierro, cementante. Llamas poco reductoras: usadas en soldadura de bronces y latones y soldar acero sin aporte de metal. Ventajas llama oxiacetilénica: 1) Temperatura máxima llama: unos 3.100 º C. 2) Características reductoras. 3) Flexibilidad para regular según metales a unir dosificando mezcla. 4) No es producto derivado del petróleo, no sujeto a vaivenes especulativos. 3. SOLDADURA OXIACETILÉNICA. 3.1. Instalación. Elementos: Botellas de O 2 y de C 2 H 2 con manorreductores de presión y válvulas de seguridad, con mangueras distintas; soplete. 3.2. Fundentes. Sirve para: a) Disolver capa óxido superficial en metales a unir. b) Proteger baño de fusión de óxidos. Propiedades: 1) Viscosidad adecuada para muchas posiciones soldeo. 2) Miscibles en agua. 3) Reutilizarse. 4) Residuos eliminarse, sin ser corrosivos. 3.3. Metales de aporte. Para: a) Unir piezas por cordón de soldadura. b) Recargar superficies desgastadas o mejora de características superficiales. No siempre se emplea metal de aporte. Las varillas más empleadas son las desnudas. 3.4. Métodos operatorios. 1) Método clásico (a izquierdas). De dcha. a izda. 2) Método a derechas. De izda. a dcha. JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 2 -
TEMA 1. SOLDADURA Y RECARGUES POR COMBUSTIÓN. 3.5. Ventajas y limitaciones del proceso. Ventajas 1) Inversión pequeña. 2) Funcionamiento sencillo. 3) Varillas acodadas, soldadura difícil acceso. Limitaciones 1) Mano de obra muy experta. 2) Tasa de deposición baja. 4. RECARGUES POR PROYECCIÓN TÉRMICA. Finalidad: recubrimiento de superficies funcionales (sustratos) con materiales idóneos para un fin específico requerido de servicio. Objetivos: prolongar vida útil, mayor fiabilidad, seguridad, reducir costes de mantenimiento ante menor intervención por averías o desgastes. No se altera la naturaleza ni del material proyectado ni del sustrato, para asegurar las propiedades requeridas. Existe un campo de investigación en desarrollo muy importante siguiendo este método. 5.1. Descripción del proceso (Metalización). 5. PROYECCIÓN POR LLAMA. Proyección de gotas de metal muy finas sobre una superficie, mediante pistola de aire comprimido y soplete oxiacetilénico con aporte de varillas, hilos metálicos... 5.2. Metales de aporte. Hilos, varillas, metales y aleaciones en polvo. Atomización: obtención a partir del líquido de una aleación en forma de partículas de superficie no oxidada de forma esférica. 5.3. Preparación del sustrato. Se dota de rugosidad a la superficie (mejora la adherencia), a veces se precalienta. 5.4. Distancia boquilla-pieza. Entre 5-25 cm. 5.5. Unión sustrato-recargue. Mecánica, metalúrgica, química o combinación de todas. Se depositan en capas hasta el espesor deseado. Factores de la calidad del aporte: presión de las partículas y la velocidad de impacto. De estos factores depende: grado de adherencia, densidad de la aportación. 5.6. Difusión. Depende de la Tª de fusión. 5.7. Características del metal proyectado. Densidad metal proyectado 85-90 %, pérdidas por inclusiones y poros. JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 3 -
TEMA 1. SOLDADURA Y RECARGUES POR COMBUSTIÓN. 5.8. Aplicaciones. Reparación de piezas desgastadas o fisuradas en múltiples sectores industriales. Protección contra la corrosión: empleo de Zn y Al. Protección contra el desgaste: óxido de Cr o acero inoxidable con subcapa Ni(80)-Cr(20). Resistencia choque mecánico: estructura austenítica, etc. Resistencia choque térmico: alúmina u óxido de Zr. Oxidación a alta temperatura: Al 6. PROYECCIÓN POR DETONACIÓN. Inyección de cantidad de polvo en cámara de proyección, con mezcla de acetileno, O 2 y N 2 o acetileno, O 2 y propano. Una bujía realiza la ignición formándose ondas de choque tras las explosiones. Se alcanzan velocidad muy elevadas (700 900 m/s) con acabados superficiales muy buenos. Se depositan carburos metálicos. 7. PROYECCIÓN POR HIPERVELOCIDAD. Combustión exotérmica de un gas o mezcla de gases con O 2 en una tobera, con velocidades de gases muy grandes. La fuente térmica-cinética la da la reacción de una gas combustible y O 2. La velocidad de impacto está entre 1500 y 1800 m/s. Para que un metal o aleación sea susceptible de ser proyectado su punto de fusión debe oscilar entre 250 º y 1500 º. Conformado por proyección. Se trata de una técnica novedosa. El material se proyecta sobre un molde o mandril y es removido tras la deposición, adoptando la forma del mandril o molde, por lo que se debe de dar un fácil despegue debiendo tener el molde un coeficiente de expansión térmica diferente al del material proyectado. JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 4 -
TEMA 2. SOLDADURA POR ARCO MANUAL CON ELECTRODOS REVESTIDOS. 1. PRINCIPIOS DEL PROCESO. Soldadura por electrodos revestidos (SMAW): Se produce arco eléctrico entre pieza a soldar y electrodo metálico recubierto. Con el calor del arco se funde el electrodo y se quema el revestimiento, transfiriendo las gotas del metal fundido desde el electrodo al baño de fusión del metal base. Soldadura discontinua: hay que reponer electrodo que se consume (factor de marcha: tiempo arco /tiempo de trabajo, más modesto) 2. ELECTRODOS. FABRICACIÓN. Material de aportación: electrodo, varilla metálica de acero (generalmente) con revestimiento de flux extruido y seco. Rendimiento electrodo. Depende de: a) Diámetro. b) Naturaleza del revestimiento. c) Intensidad de corriente en el arco. 3. REVESTIMIENTOS. La composición del revestimiento es muy compleja y la dosificación es secreto industrial de cada fabricante, dando una garantía de la composición en función de las características mecánicas. 3.3. Funciones del revestimiento. Eléctrica. a) Cebado de arco: se necesitan tensiones de cebado más altas. b) Estabilidad del arco: depende del estado de ionización de los gases entre ánodo y cátodo. En c.a. > medio muy ionizado. Física. Misión primordial del revestimiento: evitar que el metal fundido entre en contacto con agentes oxidantes (O 2, Ni 2, H 2 ) del aire. Esto se logra mediante: a) Formación gas protector para metal fundido. b) Efecto barrera: escoria flotando encima de baño de fusión. Debe permitir soldar en todas las posiciones. Depende del espesor y de la naturaleza. El revestimiento se consume a una velocidad menor que el alma metálica, por lo que el extremo queda prolongado evitando pérdidas térmicas. Metalúrgica. Mejora el metal depositado al disponer de elementos propios para ello. Beneficios de la escoria: 1) Aisla el baño de fusión de elementos oxidantes. 2) Elimina elementos o compuestos perjudiciales con O 2, Ni 2, P, S. 3) Reduce poros, inclusiones al eliminar impurezas. 4) Reduce la velocidad de enfriamiento del cordón de soldadura. Leer del libro. 4. ESPECIFICACIONES. JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 5 -
TEMA 2. SOLDADURA POR ARCO MANUAL CON ELECTRODOS REVESTIDOS. 5. CARACTERÍSTICAS Y ESPECIFICACIONES DE LOS ELECTRODOS. ESPECIFICACIONES. 5.1 Electrodos ácidos. 5.2 Electrodos celulósicos. 5.3 Electrodos de rutilo. 5.4 Electrodos básicos. Características específicas. Metal aportado contiene O 2. Componente principal: celulosa. Gas protector que aísla y protege de oxidación. Nunca deben resecarse. Composición del revestimiento Escorias. Metal depositado. Arco. Parámetros de uso. Tensión cebado Uc, Tensión funcionam. Uf Disuelve óxidos básicos, escoria se separa con facilidad. Soldar con inclinación. Contenido de H e impurezas alto, a veces inclusiones de escoria. Soldabilidad del metal base debe ser buena. Intensidades altas. Corriente continua, electrodo a (-) Uc = 30/40 V. Uf = 25 V. Componente principal: rutilo. La escoria proporciona la protección. Carbonato cálcico y fluoruro cálcico. Varios. Varios. Protección gaseosa por CO 2. Funde a 2000 ºC. (fundente para bajar el punto fusión). Muy higroscópicos, la humedad origina porosidad y hasta fisuración. Poco voluminosa. Se desprende con facilidad. No hay O 2. Gran cantidad de H 2. Superficie cordón rugosa. Enfriamiento rápido. Gran penetración. Velocidad soldeo elevada. Muchas salpicaduras. Seguridad uso y Humos. Gran cantidad humos. Evitar recintos cerrados. Emplear más materiales protección. Manejo fácil. Dan titanatos de hierro o titanatos complejos. Escoria globular, permite soldadura elementos con deficiente ajuste, o bordes con mucha distancia; se elimina fácilmente. Contiene muchas inclusiones. Nivel de impurezas intermedio. Cordón: buen aspecto. Con H 2 puede fragilizar las soldaduras. Encendido fácil. Elevada intensidad. Pocas salpicaduras. Arco tranquilo, penetración media. Uc = 40-50 V. c.a y c.c, ambas polaridades. Humos: 0.8-1 %. Manejo fácil. Rendimiento gravimétrico. 95 %. <90 %. 90-100 %. 110 %. Aplicaciones. En desuso, soldar aceros de resistencia menor a 48 kg/mm 2 Soldar tubería en vertical ascendente. Buena penetración cordón de raíz. Cuota mercado: 5 %. Velocidad soldeo razonable. Soldaduras todo tipo, sin requerir mucha tenacidad. Cuota mercado: 70 % Dan carbonato-silicatos complejos. Escoria poco abundante, cuesta eliminarla más Soldaduras de elevadas características mecánicas; alta resistencia. Exento de impurezas, libre de H 2 y de porosidad. Capacidad de deformación, alta tenacidad. Baja velocidad de fusión. Longitud arco corta. Uc > 65 V. Humos: 1,5-2 %. Difícil de manejar. Los electrodos deben secarse, la humedad está en forma de hidratos que con el calor se expulsa. Gran resistencia al agrietamiento en caliente. Muchas aplicaciones, incluso tubos de oleoductos JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 6 -
TEMA 3. SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO (SAW), SOLDADURA POR ELECTROESCORIA (ESW), SOLDADURA POR ELECTROGAS (EGW). 1. SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO. Consiste en la fusión de un electrodo macizo o tubular protegida por la escoria generada por un flux granulado o en polvo. a) Sistema automático y de gran rendimiento productivo. b) Arco eléctrico entre electrodo metálico y la pieza a soldar. c) Electrodos: de varios tipos. Flux: 1) Efecto protector y estabilizador del arco. 2) Protege del baño de fusión de la atmósfera. 3) Parte del flux se funde con papel parecido al de los electrodos revestidos. 4) Genera escoria de características adecuadas. 5) Añade elementos de aleación. 6) Flux no fundido: se recicla. 2. MATERIALES BASE. Usos: a) uniones de metales férreos con aleaciones. b) Recubrimiento de materiales anticorrosión. Los aceros serán: 1) Al carbono: hasta 0,3 % de C. 2) Al carbono de baja aleación con tratamiento térmico. 3) Al Cr-Mo. 4) Inoxidables austeníticos. 3.1. Electrodos. 3. PRODUCTOS DE APORTE. Para todos los tipos de material base. Forma de hilo, macizos, huecos con flux o flejes o bandas. 3.2. Fluxes. Mezclas de compuestos minerales. Objetivos: formación de escoria, viscosidad, desoxidación; a veces añaden elementos de aleación y desoxidan el baño de fusión. JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 8 -
TEMA 3. SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO (SAW), SOLDADURA POR ELECTROESCORIA (ESW), SOLDADURA POR ELECTROGAS (EGW). Comparativa Fluxes. Fluxes Fundidos. Fluxes Aglomerados. Fluxes mezclados mecánicamente. Ventajas. #Buena homogeneidad química. #Reciclado sin riesgos. #No higroscópicos (sin problema con la humedad retenida). #Poco delicados en manipulación y almacenaje. #Granos resistentes y duraderos. #Alta velocidad de soldeo. Limitaciones. #No contienen desoxidantes ni aleaciones férreas. #Intensidad hasta 800 A. #Consumo elevado de flux. #Propiedades mecánicas medias. #Escorias se eliminan con dificultad. Leer del libro. 5.1. Naturaleza del flux. #Alto poder desoxidante. #Permiten elementos de aleación. #Consumo moderado de flux. #Escorias se eliminan bien. #Intensidades hasta 800-1000 A. #Reciclado total problemático. #Los básicos son higroscópicos, necesitan resecado (entre 300-350 º C). #Pueden provocar porosidad o fisuración (presencia de H 2 ). 4. ESPECIFICACIONES. Pretensión de obtener un resultado mejor que con un solo flux individual. #Se usan poco. #Segregaciones en envasado, almacenamiento, en alimentación y recuperación. Posible mezcla inconsistente. 5. CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DEL METAL DEPOSITADO. Se clasifican en: ácidos, básicos y neutros, según el comportamiento en el baño de fusión. La acidez o basicidad es función de la naturaleza de la escoria formada. Los óxidos de disociación fácil son básicos mientras que los que se disocian en menor grado, ácidos. Índice de basicidad: definida por un cociente de compuestos. De esta forma se mide el carácter del flux, que es un indicativo de las propiedades mecánicas del metal depositado: a) Flux básico: soldaduras muy tenaces. b) Flux ácido: estructuras bastas y con baja resistencia ante el desgarre laminar. 5.2. Características químicas. Según la composición química son: activos, neutrales y aleados. El flux puede producir un metal fundido de composición química distinta del que procede y si hay cambios en la tensión del arco se altera el metal fundido. Fluxes activos. Introducen cambios importantes en la composición química del metal fundido al variar la potencia del arco. Buenos para soldaduras de una sola pasada con materiales base oxidados. Contienen Mn, Si, mejorando la resistencia a la porosidad y al agrietamiento. Fluxes neutrales. No producen cambios significativos en el metal depositado al variar la tensión. Aptos para soldaduras de varias pasadas en espesores grandes (más de 25 mm.). JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 9 -
TEMA 3. SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO (SAW), SOLDADURA POR ELECTROESCORIA (ESW), SOLDADURA POR ELECTROGAS (EGW). Índice de neutralidad. Nº que mide el carácter neutral del flux, para fluxes no aleados en aceros al carbono. Se refiere a contenidos de Mn y Si en el metal depositado. Fluxes aleados. Contienen cantidades importantes de elementos metálicos para producir un metal aportado por soldadura aleado. Sin embargo, lo aconsejable es introducir los elementos de aleación en el hilo y dejar que el flux se encargue de las funciones metalúrgicas (desoxidación del baño fusión, etc.) 5.3. Características mecánicas. Al enfriarse el cordón rápidamente, se obtienen diferentes estructuras metalúrgicas según la velocidad de enfriamiento. Enfriamiento rápido: 1) Aumentan carga de rotura y dureza. 2) Disminuyen alargamiento y tenacidad. El endurecimiento puede disminuirse dejando la escoria hasta que baje de la Tª de trasformación. Forma del grano: a) Una pasada: grano grueso b) Varias pasadas: grano fino > disminuye carga de rotura, aumentan alargamiento, tenacidad. 5.4. Clases de corriente y polaridad. Influyen en: a) Composición química metal aportado. b) Forma del cordón. Corrientes continua (mejor) o alterna. Electrodo: a) al lado (+): más penetración. b) Al lado (-): recargue por soldadura, menor penetración. 5.5. Influencia de los parámetros de soldeo. En la composición química En la forma del cordón Intensidad (aumenta) Tensión (aumenta) Disminuye Mn, Si en Aumenta Mn, Si metal aporte Disminuye penetración. Aumentan penetración y altura cordón. Disminuye penetración, mayor anchura del cordón, aumenta escoria y consumo de flux, modificación composición características Velocidad (aumenta) Disminuye Mn, Si. Si v es lenta aumenta escoria Escoria fluida, cordón ancho poco abultado. Escoria no fluida, cordón y estrecho y alto. Penetración mayor con velocidad media. 6. RECOMENDACIONES GENERALES. 1) Diseño de junta: preparación de bordes muy importante por haber gran penetración. Separación nula o < 1 mm. 2) Granulometría del flux: si el flux debe tener poco H 2 debe mantenerse seco. 3) Composición química metal depositado: si el flux aporta elementos, la relación de aporte electrodo/flux debe ser constante. 7. VENTAJAS, LIMITACIONES Y PERSPECTIVAS DEL PROCESO. JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 10 -
TEMA 3. SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO (SAW), SOLDADURA POR ELECTROESCORIA (ESW), SOLDADURA POR ELECTROGAS (EGW). VENTAJAS. 1) Bordes biselados con abertura estrecha; a veces no hay que preparar bordes. 2) No hay salpicaduras: arco bajo flux. 3) Parámetros de soldeo se mantienen constantes. 4) El flux es desoxidante, puede aportar elementos de aleación. Buenas soldaduras. 5) Puede usarse con viento: excelente protección. 6) Cordón de buen aspecto. LIMITACIONES. 1) Ajuste preciso de las piezas a soldar. 2) Dispositivo para almacenamiento, alimentación,... del flux. 3) Juntas con anillos de repaldo (algunas). 4) Posibles discontinuidades en la soldadura por contaminación del flux. 5) Posiciones limitadas a sobremesa y cornisa (por derrames del flux). PERSPECTIVAS. Aprovechar el calor, evitando que el exceso deteriore las características mecánicas. Ventajas adición polvo metálico: 1) Aumenta tasa de deposición. 2) Optimiza el rendimiento térmico. 3) Evita aumento del grano. 4) Mejora la tenacidad. 8.1. Fabricación de tubería soldada en espiral. 8. APLICACIONES. Se parte de bobinas de chapa del mismo espesor que el de la tubería a realizar, para oleoductos y gasoductos. Se fabrica en un tren automático. La soldadura se hace primero por el interior y luego media espira después por el exterior. Un equipo ultrasonidos controla el 100 % de defectos; hay también control radiográfico y prueba hidráulica de presión. 8.2. Soldadura tandem con dos electrodos. Uno: penetración y volumen, corriente continua, polo positivo, alta intensidad. Otro: geometría y tamaño, corriente alterna, más baja intensidad. Velocidad de soldadura mayor. 9.1. Principios del proceso. 9. SOLDADURA POR ELECTROESCORIA. Las escorias sólidas son aislantes eléctricamente. Esta resistencia al paso de la corriente crea una cantidad de calor suficiente para fundir el metal de aporte y las paredes contiguas de metal base. 9.2. Descripción. Para evacuar el calor producido se usan zapatas de cobre refrigeradas por agua que se elevan verticalmente a medida que se solidifica el metal aportado y que se adaptan a la junta. 9.3. Aspectos metalúrgicos. a) Ciclo lento de calentamiento y enfriamiento en la zona afectada térmicamente (ZAT). JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 11 -
TEMA 3. SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO (SAW), SOLDADURA POR ELECTROESCORIA (ESW), SOLDADURA POR ELECTROGAS (EGW). 9.4. Aplicaciones. b) Baja velocidad de solidificación: granos alargados, segregaciones, mordeduras, falta de fusión. c) Crece el grano en ZAT. d) Contenido de H 2 muy bajo (aspecto positivo). e) Tratamiento térmico de normalizado (baja tenacidad). No siempre la tenacidad se recupera tras un normalizado. Se evita si: a) Desoxidación del metal base. b) Limitación de P, S, Si, Ci en metal de aporte. La contaminación del baño de fusión tiene los riesgos: 1) Al pierde ductilidad en bordes de grano. 2) Cu reduce su conductividad térmica. Ideal para grandes piezas de fundición y forjas de aceros, depósito de aceros inoxidables en reactores industria petóleo. 10. SOLDADURA POR ELECTROGAS. Variante de la soldadura por electroescoria. El metal de aporte lo lleva un hilo tubular; se genera una fila película de escoria. El baño se protege con CO 2. Trabaja con c.c y electrodo al polo (+). Equipo costoso, usado para juntas muy repetitivas en soldadura automática. JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 12 -
TEMA 2. SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO, SOLDADURA POR ELECTROESCORIA. 9.4. Aplicaciones. b) Baja velocidad de solidificación: granos alargados, segregaciones, mordeduras, falta de fusión. c) Crece el grano en ZAT. d) Contenido de H 2 muy bajo (aspecto positivo). e) Tratamiento térmico de normalizado (baja tenacidad). No siempre la tenacidad se recupera tras un normalizado. Se evita si: a) Desoxidación del metal base. b) Limitación de P, S, Si, Ci en metal de aporte. La contaminación del baño de fusión tiene los riesgos: 1) Al pierde ductilidad en bordes de grano. 2) Cu reduce su conductividad térmica. Ideal para grandes piezas de fundición y forjas de aceros, depósito de aceros inoxidables en reactores industria petóleo. 10. SOLDADURA POR ELECTROGAS. Variante de la soldadura por electroescoria. El metal de aporte lo lleva un hilo tubular; se genera una fila película de escoria. El baño se protege con CO 2. Trabaja con c.c y electrodo al polo (+). Equipo costoso, usado para juntas muy repetitivas en soldadura automática. JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 12 -
TEMA 4. SOLDADURA Y RECARGUES POR ARCO BAJO GAS PROTECTOR CON ELECTRODO NO CONSUMIBLE. 1.1. Descripción. 1. PRINCIPIOS DEL PROCESO TIG. Usa como fuente de energía el arco eléctrico que salta entre el electrodo no consumible y la pieza a soldar, mientras un gas inerte protege el baño de fusión. Si es necesario material de aportación se hace mediante varillas. 1.2. Características. a) Proceso: es mayormente manual (requiere gran habilidad), algo automatizado e incluso robotizado. b) Empleo: en todo tipo de uniones, posiciones y para muchos materiales. c) No produce escorias. d) Atmósfera inerte, no hay reacciones con el baño de fusión. 1.3. TIG con arco pulsado. Variante del TIG normal. La corriente de soldadura varía cíclicamente desde un valor mínimo a un máximo, a frecuencias entre 10-3 s y varios s. Permite: 1) Controlar mejor el baño de fusión. 2) Ajustar mejor la energía aportada. Usada para: a) Espesores finos. b) Uniones de dificultad operatoria. 2.1. Varillas consumibles. 2. PRODUCTOS DE APORTE. Material de aportación parecido en composición a metal base. 2.2. Gases de protección. Se dividen en: 1) Inertes (Ar, He). 2) Poco activos (N 2 ). 3) Activos: oxidantes (CO 2, O 2 ) y reductores (H 2 ). Fenómenos que experimentan durante el soldeo. Disociación: separación reversible de gases poliatómicos en sus átomos. Ionización: separación reversible de los átomos o moléculas en iones y electrones. Para que se produzcan estos fenómenos, es necesario el aporte de energía (a veces la da el arco). La energía de un gas poliatómico es mayor que la que transfiere un gas monoatómico a la misma Tª. Argón. Gas noble (inerte). a) Protege al arco. b) Energía de ionización baja > arcos tranquilos y estables, con pocas proyecciones. c) Poca energía en arco = soldadura espesores pequeños. d) Baja conductividad térmica, con gran concentración de calor y gran penetración. e) Uso muy extendido. JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 13 -
TEMA 4. SOLDADURA Y RECARGUES POR ARCO BAJO GAS PROTECTOR CON ELECTRODO NO CONSUMIBLE. Helio. Gas noble (inerte). a) Al ser más ligero que el Ar, se requiere mayor caudal que con Ar para la misma protección del arco. b) Energía de ionización más alta = peor estabilidad. c) Requiere tensiones más altas para trabajos de mayor aporte térmico. d) Conductividad térmica elevada, cordones más anchos y penetración uniforme. e) Su uso en Europa es menor (es más caro). Mezclas Ar / He. Penetración intermedia entre ambos. Son interesantes si se necesita incrementar la energía aportada; el mayor motivo es por materiales con una elevada conductividad térmica (Cu, Al, Ni, y aleaciones, etc.). 3. ELECTRODOS NO CONSUMIBLES. Misión del electrodo: mantener el arco sin aportar material al baño de fusión. Precisa de una alta Tª de fusión para evitar el desgaste. Si se usa c.c., electrodo conectado a polo (-). Son de tungsteno puro o aleado. 3.1. Tipos. Tungsteno puro. Punto fusión 3.400 º C, de extremo redondeado. Se usa en c.a. con Al. Tungsteno con óxido de zirconio (ZrO 2 ). Punto fusión 3.800 º C; válido para c.c y c.a y con Mg y Al. Tungsteno con óxido de torio (ThO 2 ). Punto fusión 4.000 º C, de extremo afilado. Usos: c.c aceros al C, baja aleación, inoxidables, Cu. Representa un peligro para la salud pública (naturaleza radiactiva). Tungsteno con óxido de lantano (La 2 O 3 ). y de cerio (CeO 2 ). Son los sustitutos de los toriados. 3.2. Acabado de extremo. Si la forma del extremo es incorrecta, existe riesgo de que el arco sea inestable. Se pretende seleccionar el electrodo lo más fino posible para concentrar el arco y obtener un baño reducido. Por eso: a) Si está mal afilado: arco discontinuo, baño ancho y poca penetración. b) Si es muy puntiagudo, existe el peligro de inclusiones de tungsteno en el baño de fusión. Leer del libro. 4. ESPECIFICACIONES. 5. SELECCIÓN DEL TIPO DE CORRIENTE. La elección del tipo de corriente y polaridad se hace en función del material al soldar. 5.1. Arco en corriente continua. Conectado el electrodo al polo (-) (polaridad directa), la energía se concentra en la pieza, con rendimiento térmico aceptable y buena penetración. El electrodo soporta intensidades hasta 8 veces superiores que si estuviese conectado al polo (+) sin deteriorarse ni fundirse. Si se conecta el electrodo al (+), se produce un baño ancho y poca penetración, con sobrecalentamiento y deterioro (incluso con intensidades bajas). JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 14 -
TEMA 4. SOLDADURA Y RECARGUES POR ARCO BAJO GAS PROTECTOR CON ELECTRODO NO CONSUMIBLE. Por lo tanto, se recomienda en c.c. la polaridad directa, excepto para soldeo de Al, Mg. 5.2. Arco en corriente alterna. Reproduce las ventajas de las dos polaridades de c.c. Suele emplearse en el soldeo de aleaciones ligeras. Presenta problemas: a) dificultad del cebado, b) Estabilidad del arco. Por lo que se incorpora al equipo un generador de alta frecuencia. 6. INSTALACIÓN. Elementos básicos que integran un equipo de soldeo TIG: 1) Generador de c.c. y/o c.a. 2) Generador de alta frecuencia (si se usa c.a.) 3) Circuito de gas. 4) Portaelectrodos. 5) Equipo de válvulas y órganos de control. 7. VENTAJAS Y LIMITACIONES DEL TIG (O GTAW). Aplicación principal: Aceros inoxidables, al Cr-Mo resistentes al calor, Al, Ni y aleaciones. Soldadura: alta calidad, pureza metalúrgica, buen acabado, sin defectos. Tasa de deposición baja, no económico para espesores mayores de 8 mm. (solo para 1ª pasada de raíz). Se puede soldar a tope y sin aporte de material (0,3 4 mm). Ventajas. # Arco visible. # No hay humos, proyecciones ni escorias. # Se puede automatizar. # Gama extensa de materiales de aporte. Limitaciones. # Muy baja tasa de deposición. #No permite alcanzar penetraciones muy profundas. # Para ambientes tranquilos. # La radiación ultravioleta produce ozono. 8. PRINCIPIOS DEL PROCESO DE ARCO PLASMA (O PAW). 8.1. Descripción. La soldadura por arco plasma usa los mismos métodos que la TIG. Estado plasma: es el 4º estado de la materia. Se alcanza cuando un gas se calienta hasta conseguir la ionización: separación en iones portadores de cargas (+) y electrones de cargas (-). 8.2. Características. La energía de ionización es conseguida por el arco establecido entre: a) Un electrodo de tungsteno (puede estar aleado) y el metal base (arco transferido). b) Electrodo y la boquilla (arco no transferido). La soldadura puede ser con o sin metal de aportación. Como soporte del arco se emplea un gas en estado plasma, rodeado por un gas de protección. Diferencias entre soldadura por arco plasma y corte por arco plasma. Soldadura por arco plasma. Corte por arco plasma. Intensidad de corriente. Menor. Muy alta. Diámetro columna plasma. Mayor. Menor. Caudal de gas. Menor. Grande. Velocidad de salida Menor. Mayor. JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 15 -
TEMA 4. SOLDADURA Y RECARGUES POR ARCO BAJO GAS PROTECTOR CON ELECTRODO NO CONSUMIBLE. El chorro se concentra más en la soldadura por arco plasma que en la TIG. Se debe fundamentalmente a la elevada temperatura del chorro. La zona de impacto es menor que la TIG. El plasma, al entrar en contacto con la pieza fría, recupera su forma de gas, liberando la energía de transformación de gas a plasma que es la aportada a la pieza. El arco plasma se usa en espesores donde pueda usarse la técnica de ojo de cerradura (keyhole): el calor producido por el plasma atraviesa la chapa. Al avanzar la pistola, se funde el material de delante del agujero, separándose por la fuerza del arco y volviéndose a unir por la tensión superficial, donde se enfría y solidifica produciendo soldadura homogénea. 8.3. Gases. Se suele emplear Ar puro; también He o mezcla 98 % He 2% H 2. No pueden emplearse gases activos oxidantes: efecto perjudicial en electrodo. 8.4. Comparación entre TIG y arco plasma. Analogías y diferencias. TIG (O GTAW). ARCO PLASMA (O PAW). Distribución del gas. Cónica. Cilíndrica. Impacto térmico en la pieza. Ancho. Estrecho. Sensibilidad a cambios en Sensible > cambios en energía Menos sensible. longitud de arco. Situación del electrodo. aportada. Sobresale de la boquilla; riesgo de contaminación (en metal de aporte o en baño de fusión). Dentro de la boquilla. Direccionabilidad del arco. Arco puede ser desviado por Mayor estabilidad direccional. campos magnéticos. Temperatura del plasma. Sobre 11.000 º C. Sobre 28.000 º C. 9.1. Descripción. 9. PROYECCIÓN TÉRMICA POR PLASMA (APS). Pistola con cátodo cilíndrico de tungsteno toriado y ánodo de cobre. El chorro sale por la tobera a velocidad supersónica (1-2 match) y a temperatura entre 10.000 y 20.000 º K. Un dosificador inyecta el polvo, mediante un gas inerte. El polvo funde al momento, la pieza se sitúa entre 80 y 150 mm. de la tobera. El material de aporte no sufre cambios por el breve instante que está con el plasma. El material base permanece a menos de 200 º C sin sufrir transformaciones. 9.2. Instalación. Puede realizarse: a) En condiciones atmosféricas normales. b) En cámara bajo atmósfera controlada, incluso en vacío. La reacción de oxidación se evita con el corto tiempo de proyección. Si se trabaja en cámara con vacío existen inconvenientes: 1) Refrigeración del sustrato dificultosa. 2) Elevado coste. 3) Cámara debe ser pequeña, instalación poco flexible. 9.3. Aplicaciones. Permite la automatización, sirviendo para recubrir piezas pequeñas y grandes; tiene aplicaciones varias en componentes del sector automovilístico. JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 16 -
TEMA 4. SOLDADURA Y RECARGUES POR ARCO BAJO GAS PROTECTOR CON ELECTRODO NO CONSUMIBLE. APLICACIONES. 1. Condiciones de ejecución del soldeo TIG manual. Leer del libro. 2. Parámetros de uso y aplicaciones de electrodos TIG. Leer del libro. 3. Protección del cordón de raíz de soldadura TIG. En la soldadura TIG, el gas de protección cubre el lado superior del cordón de soldadura; la parte inferior se halla expuesta a la oxidación. Por ello, se usa un gas de protección en la raíz. Antes se realiza un barrido del aire del interior para rebajar la concentración de O 2 a un mínimo que resulte inocuo. Se procura que no se escape gas al exterior por lo que se suelen usar cintas autoadhesivas que se van retirando a medida que avanza el depósito de la primera pasada, además de procurar un dispositivo con la máxima estanqueidad. También se suelen usar medios de ajuste de la geometría (cartones rígidos, discos o tapones hinchables). Debe procurarse que el flujo del gas de apoyo no sea excesivamente elevado, pues daría falta de fusión en le cordón raíz. 4. Recargues por soldadura plasma. Creación de barreras térmicas. En la soldadura por arco plasma suele darse los recargues para revestimiento de aleaciones de Cr, Ni y Co de piezas sometidas a corrosión, abrasión, temperaturas elevadas...de piezas para reparación y mantenimiento. El metal de aporte (polvo metálico) se introduce en el plasma mediante un gas de transporte y protección (generalmente Ar). La inclusión en la mezcla de 5-7 % de H 2 en el gas sirve para: a) Aumentar la penetración. b) Mejora la calidad del depósito al reducir óxidos. Barreras térmicas: Se aplica a un sustrato una capa cerámica sobre otra intermedia (anclaje). El anclaje debe tener rugosidad y de coeficiente de expansión térmica intermedio entre sustrato y capa cerámica. Barrera térmica eficaz (e ideal): 1) Buena resistencia al choque térmico (gracias al coeficiente de expansión térmica medio entre las capas colindantes). 2) Alta temperatura de fusión. 3) Baja densidad. 4) Resistencia a oxidación a altas temperaturas, a ataques químicos y a la erosión. 5) Baja presión de vapor. 6) Baja conductividad térmica (para proteger al sustrato). 7) Gran coeficiente de dilatación. Existen pocos materiales que cumplen estos requisitos (uno es el ZrO 2 ). Supone: a) Aumento de la temperatura de trabajo del sustrato. b) Alargamiento vida media. JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 17 -
TEMA 5. SOLDADURA POR ARCO BAJO GAS PROTECTOR CON ELECTRODO CONSUMIBLE (GMAW Y FCAW). 1.1. Descripción. 1. PRINCIPIOS DEL PROCESO. En la soldadura por arco bajo gas de protección con electrodo consumible (GMAW), el arco se establece entre un electrodo de hilo continuo y la pieza a soldar protegidos por un gas inerte (proceso MIG) o por un gas activo (proceso MAG). El proceso GMAW puede ser: a) Semiautomático: todo se regula previamente excepto el arrastre de pistola (manual). b) Automático: todos los parámetros se ajustan y se aplican de forma automática. c) Robotizado: es el proceso más robotizado industrialmente. 1.2. Influencia de los distintos parámetros. Polaridad. La polaridad inversa es la normal: electrodo conectado a (+): mayor penetración. Tensión del arco. Usa equipos de tensión constante, por lo que puede regularse a voluntad. Resulta determinante en el modo de transferencia del metal fundido al baño de fusión. Velocidad de alimentación del hilo. La intensidad no se establece, queda fijada con la velocidad dada al hilo. Naturaleza del gas. Ejerce una notable influencia (modo transferencia del metal, penetración, aspecto cordón, proyecciones,...). Ar más penetración que He (por ejemplo). 1.3. Modalidades de transporte. Formas de transferencia: (1) Arco spray. Transferencia en gotas muy finas, de arco estable y pulverización continua. La polarización inversa mejora la acción limpiadora en el baño de fusión. Penetración buena, baño de fusión grande (difícil de controlar en posiciones difíciles). Condiciones para este arco: a) Tensión del arco alta. b) Hilo a polo (+), polaridad inversa. c) Mucha densidad de corriente. d) Gas de protección: Ar, ó mezclas Ar/O 2 ó Ar/CO 2. (2) Arco corto o cortocircuito. El extremo del hilo se funde formando una gota que se alarga hasta que toca al metal base, produciéndose un cortocircuito, aumentando mucho la intensidad, cortándose la unión con el hilo y reactivándose el arco. Se hace para piezas de poco espesor, energía menor que la del arco spray, baño de fusión pequeño. JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 18 -
TEMA 5. SOLDADURA POR ARCO BAJO GAS PROTECTOR CON ELECTRODO CONSUMIBLE. Condiciones para este arco: a) Tensión del arco baja. b) Hilo en polo (+), polaridad inversa. c) Baja densidad de corriente. d) Gas de protección: CO 2 ó mezclas Ar/ CO 2. (3) Arco pulsado. Variante del arco spray. Se da en equipos de soldadura con generadores de frecuencia. Hay dos corrientes: a) De base: ininterrumpida de baja intensidad, proporciona al hilo la energía necesaria para la fusión. b) De pico: pulsaciones de idéntica frecuencia que forman gotas del mismo tamaño al aumentar la intensidad. Se puede operar con arco spray con menor intensidad al hacerlo con corriente pulsada. (4) Arco globular. El extremo del hilo se funde en gotas gruesas de hasta 3 veces el diámetro del electrodo. La transferencia del metal es muy difícil, arco inestable y poca penetración, produciendo muchas proyecciones, por lo que no se recomienda. Condiciones para este arco: a) Hilo en polo (-), polaridad directa. b) Tensión entre 22/24 V. (arco corto) y 27/28 V. (arco spray). 2.1. Hilos. Electrodo de hilo continuo, macizo o tubular. 2.1.1. Macizos. 2. PRODUCTOS DE APORTE. Suele ser de composición parecida a la del metal base, pero hay que tener en cuenta el gas. 2.1.2. Tubulares. Para posición vertical ascendente es preferible el uso de hilos tubulares. El flux se encuentra protegido por el propio metal de aporte, con bajo contenido en H. Densidad de corriente. La conducción de la corriente eléctrica es un fenómeno superficial. Al tener menor densidad conductora el hilo tubular, produce mayor velocidad de alimentación de hilo y una tasa de deposición un 20-30 % superior al hilo macizo. Clasificación: (1) Rutilos. Componentes del flux: TiO 2 y SiO 2. El metal fundido tiene mucho O > buen mojado del metal base. Proporciona escoria de enfriamiento rápido, bueno para posición vertical ascendente. Hilo al polo (+), cordón uniforme y de buen aspecto, poco contenido de H. (2) Básicos. Componentes del flux: CO 3 Ca y F 2 Ca; pueden tener C, Mn, Ni y Mo. El metal fundido contiene poco O > el baño moja mal al metal base. Escoria fina y fluida, cordón rugoso, mayor cantidad de salpicaduras. Características metal aportado: muy buenas. Hilo conectado a polo (+) o a (-). JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 19 -
TEMA 5. SOLDADURA POR ARCO BAJO GAS PROTECTOR CON ELECTRODO CONSUMIBLE. Indicado para soldaduras con temperaturas de servicio inferiores a 40 ºC. (3) Rellenos de polvo metálico. El polvo es de Fe, NI, Mo, V o Cr. Producen muy poca escoria. Bajos contenidos de H en metal depositado. Si contienen polvo de hierro, a los hilos tubulares se les llama de gran rendimiento. Hilo conectado a polo (+) o a (-), pero mejor en (-). Se pueden usar también en c.a. Se usan en cualquier posición, excepto los de gran rendimiento que están limitados a sobremesa o plana en ángulo. Buena tasa de deposición. Son los más parecidos al hilo macizo. (4) Autoprotegidos. No se necesita gas protector: el flux, aparte del polvo metálico, contiene sustancias que generan una barrera de gas protectora del baño. Hilo conectado a polo (-). Usos: para soldeo al aire libre o por suministro o transporte de gas difícil. 2.2. Gases de protección. Influye en muchos aspectos: energía aportada, tipo de transferencia, penetración, velocidad de soldeo, aspecto del cordón, posibilidad de proyecciones y mordeduras,... 2.2.1. Soldadura MIG. Usa gas inerte, no reactivo con arco. Ar. Se usa solo en Al, Cu, Ni y Ti. Produce falta de penetración en la raíz de la junta. Ar+O 2. O 2 mejora el perfil de la penetración, la estabilidad del arco, ensancha la parte inferior del cordón, reduce las mordeduras. He. Cordones más anchos y de menor penetración. 2.2.2. Soldadura MAG. Usa gas activo, interviniendo en el arco. CO 2. Gas oxidante, se disocia con la Tª del arco, dando lugar a reacciones que empobrecen de C el acero si no se usa hilo con una cantidad importante de C y elementos desoxidantes (Si y Mn). No se debe usar en aceros al Cr-Mo ni en aceros inoxidables austeníticos, por el riesgo de oxidación del Cr. Soldaduras exentas de poros si: a) Pureza del CO 2 superior al 99,85 % b) Contenidos de N 2 y H 2 inferiores cada uno al 0,05 %. El CO 2 es el único gas usado individualmente como atmósfera protectora en la soldadura de acero al carbono. Más barato que el Ar, de penetraciones más profundas y anchas en el fondo del cordón, reduce el riesgo de mordeduras y de falta de fusión. Sin embargo, provoca proyecciones. Ar+CO 2. Para soldar chapas de acero al C y de baja aleación. Mejoras: arco más suave, menos proyecciones, entre otras. Inconveniente: de índole económico. O 2. Gas muy activo, oxidante, comburente en la mayoría de las combustiones. Se disocia con el arco. Produce más escorias en la superficie del baño; los baños son muy fluidos. Facilita el mojado y la velocidad de soldeo. Se usa como gas de protección, aunque parezca un contrasentido, porque: a) Se usa en pequeñas cantidades y el tiempo en que pudiera reaccionar con el metal es muy pequeño. b) Los elementos desoxidantes Si y Mn en el hilo neutralizan el efecto oxidante del O 2. JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 20 -
TEMA 5. SOLDADURA POR ARCO BAJO GAS PROTECTOR CON ELECTRODO CONSUMIBLE. H 2. Gas activo, reductor, favorece la eliminación de óxidos. Da carácter fragilizante en los aceros ferríticos por posible fisuración en frío. Mejora el mojado del cordón e incrementa el aporte térmico. Se puede usar en aceros inoxidables austeníticos, Ni y aleaciones, etc. N 2. Gas inactivo, e inerte en estado molecular, pero se vuelve activo y se disocia a la Tª del arco, reduciendo la ductibilidad del acero. En soldadura se usa muy poco, pues da menos calor y más humos. 3. ESPECIFICACIONES. Leer del libro. 4. INSTALACIÓN. Consta de los siguientes elementos básicos: a) Generador de corriente continua, de potencial constante. b) Unidad de alimentación del hilo, con pequeño motor que empuja al hilo; también pistolas con pequeño motor que tira del hilo. c) Circuito de gas protector. d) A veces, circuito de refrigeración. e) Pistola de soldadura. f) Conjunto de válvulas y órganos de control. 5. VENTAJAS Y LIMITACIONES DEL PROCESO GMAW. VENTAJAS. Alta tasa de deposición. Elevado factor de marcha. Tolera altas densidades de corriente. Alimentación automática del hilo. El proceso es fácil de regular. Muy poca escoria, excepto con hilos tubulares. No necesaria pericia especial en manejo. Para muchos materiales. Soldeo en todas las posiciones. LIMITACIONES. Riesgo de falta de fusión y porosidad. Limitados materiales para hilos macizos. Produce humos y proyecciones. Movilidad menor. Necesita ambientes tranquilos, menos con hilos autoprotegidos. 6. SELECCIÓN DE GASES EN SOLDADURA GMAW. 7. GASES PARA SOLDADURA Y CORTE POR ARCO SEGÚN EN-439. Leer del libro. 8. ÚLTIMOS AVANCES EN LA SOLDADURA MIG. La soldadura MIG se encuentra en la mayoría de aplicaciones. En un principio hubo dificultad en controlar los parámetros de pulso, frecuencia y su control. Hoy en día se ha hallado la forma de relacionar la velocidad de alimentación del hilo con los parámetros de pulso, consiguiendo una única gota de metal de aporte por pulso. Así resultan los equipos sinérgicos, donde los parámetros pulsados cambian todos al mismo tiempo según la velocidad de alimentación del hilo, consiguiendo las ventajas siguientes: a) Un arco muy controlado en la transferencia spray, con estabilidad. b) Sin proyecciones. c) Soldaduras con penetración en todas las posiciones. d) Fuente de energía y alimentador de hilo pueden estar lejos. e) Mejora la movilidad, el operario puede estar cerca del alimentador de hilo. f) Menor tiempo de aprendizaje del operario. g) Se puede soldar con hilos de mayor diámetro: ahorros de costes de producción. Leer del libro. RESTO DE APARTADOS. JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 21 -
TEMA 6. SOLDADURA POR RESISTENCIA ELÉCTRICA (ERW). 1. DESCRIPCIÓN. La soldadura por resistencia eléctrica consigue la unión mediante: a) Calor por efecto Joule. (Q = I 2.R.t) b) Fuerza mecánica. El calor se debe a una corriente de gran intensidad mediante electrodos a través de la unión, mientras que la fuerza mecánica se consigue aplicando presión a los electrodos. 2. CICLO DE SOLDADURA. El ciclo de soldeo es determinado por: a) La secuencia temporal del paso de la corriente. b) La fuerza aplicada en los electrodos. Hay varias fases: 1) De posicionamiento. Antes de soldar se ejerce la presión entre las dos superficies. 2) De soldadura. Se pasa la corriente manteniendo la presión, pero ligeramente inferior. Se reduce la carga de rotura y la dureza (por el calentamiento previo). 3) De forja o mantenimiento. Al alcanzarse la Tª requerida para el soldeo, se corta el paso de corriente y se aumenta la presión. 4) De cadencia. Se reduce la presión hasta liberar las piezas ya soldadas. Aparte de estas fases, pueden existir también otras intermedias: a) De precalentamiento. Entre la de posicionamiento y la de soldadura, de intensidad aplicada menor a la de soldadura. b) De temple y de revenido. Después de la de soldadura: tratamientos térmicos añadidos. Se van a tratar las principales variables: 3. VARIABLES DEL PROCESO. (1) Clase de corriente eléctrica. La más usada es c.a, de gran intensidad y baja tensión, generada en el secundario de un transformador, aplicada a las piezas a unir por sendos electrodos, de aleaciones de Cu. Tensión: 1-30 V. Intensidad: 1.000-100.000 A. Frecuencia: 50-60 Hz o alta frecuencia (hasta 500.000 Hz.). (2) Intensidad de la corriente. Es el factor de mayor influencia en la generación de calor. Se necesita un valor mínimo de I para que el metal alcance la Tª de fusión, gracias al calor aportado por dicha intensidad. (3) Tiempo de soldadura. JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 22 -
TEMA 6. SOLDADURA POR RESISTENCIA ELÉCTRICA. Tiempo en que circula la corriente de soldadura (lo normal entre 0,1 1 s). Al alcanzar el metal la fusión en poco tiempo, la zona afectada por el calor es muy reducida. (4) Resistencia eléctrica de la unión. La resistencia total en serie, que es suma de la aportación de los contactos entre electrodos y metal base, suele ser baja: 50-500. La resistencia se puede alterar. Disminuye si: a) Aumenta la Tª. b) Aumenta la fuerza aplicada a los electrodos. c) Superficie limpia y poco rugosa. Aumenta si: d) Desgaste o deterioro de los electrodos. (5) Fuerza aplicada a los electrodos. Fuerza ejercida en la fase de forja. a) Efecto sobre la resistencia. b) Efecto de forja : estructura de grano fino. Se ejerce por un sistema mecánico o hidráulico. 4. SOLDABILIDAD. La soldabilidad de los metales en este proceso se ve muy afectada por sus conductividades térmica y eléctrica, causa que hace que conductividades entre piezas muy diferentes sean difíciles. Tiene buena aplicación en soldadura de chapa fina de acero al carbono recubierta por otro metal. 5. PROCESOS. Existen varios procesos de soldadura por resistencia eléctrica. 5.1. Soldadura por puntos. Los metales base se disponen entre los dos electrodos, que aplicarán secuencialmente la presión y corriente correspondiente, produciendo un punto de soldadura lenticular, bajo los electrodos. Para llevar a cabo la soldadura por puntos en serie, se posicionan los dos electrodos del mismo lado colocando en el otro lado un soporte o contraelectrodo, sobre el que se ejercerá la presión. Los electrodos deben resistir bien la presión. Tiene un alto grado de automatización, y se usa en el soldeo de carrocerías de autos. 5.2. Soldadura por resaltes o protuberancias. Variante de la soldadura por puntos. Se practican resaltes en uno de los metales base donde se quieren hacer puntos de soldadura. Los electrodos son de mayor diámetro. 5.3. Soldadura por roldanas. Variante de la soldadura por puntos, donde éstos se sueldan solapados. Los electrodos son roldanas que aparte de fuerza y corriente, arrastran en su giro a los metales base. Se usan en fabricación de recipientes de poco espesor. 5.4. Soldadura a tope. Los metales base son enfrentados a tope en los extremos y se sitúan con mordazas (electrodos). Las superficies deben ser paralelas, limpias. Se produce un ensanchamiento en la zona soldada. 5.5. Soldadura por chispa. JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 23 -
TEMA 6. SOLDADURA POR RESISTENCIA ELÉCTRICA. Opera igual que la soldadura a tope, con las diferencias: a) El contacto entre las superficies se produce en algunos puntos. b) Las superficies no es necesario que sean paralelas y estén limpias. c) Abultamiento de la zona soldada menor. d) Sección máxima más elevada. 5.6. Soldadura por alta frecuencia. Usa una frecuencia entre 10.000 y 500.000 Hz. Ventaja: se calientan solo las superficies de la unión a soldar. Se genera una fuerza electromotriz que: a) Impide que la corriente penetre en el interior del material, obligando a que circule superficialmente. b) Aumenta la resistencia eléctrica, tanto más cuanto más grande sea la frecuencia. Se usa en soldadura longitudinal y helicoidal de tubería. APLICACIONES. 1. Soldadura de chapa gruesa. Fabricación de tubería soldada longitudinalmente. Se trata de una tubería para revestimiento de la pared de los pozos de extracción del crudo del petróleo, cuya materia prima son bobinas de chapa. Se usa alta frecuencia y controla por ultrasonidos al 100 % de la longitud de la soldadura. 2. Soldadura de chapa fina. Fabricación de bidones. Para envases de aceites, etc. Se obtiene a través de chapa fina. 3. Soldadura de hojalata. Fabricación de envases metálicos. Industria alimentaria de conservas, a partir de hojalata recubiertas por estaño (evita la corrosión). JJoosséé Maannuueel ll Góómeezz Veeggaa.. - 24 -