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• Ñaño Garcia

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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 de altisimo 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 XVcon 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 Edmund Davy 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 rapidamentegenerando 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

SAW

Arco eléctrico

CA, CC+

Escoria y gases generados

Automática/mecanizada, junta vertical, alambre alimentado mecánicamente en pozo de fusión. Automática/mecanizada o semiautomática. El arco arde bajo una capa de flujo granular

SMAW

Arco eléctrico

CA,CC+-

Escoria y gases generados

Manual, electrodo recubierto de capa de fundente

FCAW

Arco eléctrico Arco eléctrico

CC+

Escoria, gases

CC+

Ar-He-H-CO2 y sus mezclas

Automatico/semiautomático/manual. Fundente interno Manual o automática y semiautomática, alambre continuosolido

Arco eléctrico

CC-

Ar-He-ArH

Aceros al carbono, baja y altaaleación,Espesores mayores a50 mm., Piezas de gran espesor Aceros al carbono, baja y alta aleación, espesores >=10mm, posiciones plana y horizontal, piezas estructurales, tanques, recipientes de presión. Casi todos los metales excepto cobre puro, metales preciosos, reactivos y de bajo punto de fusión Aceros al carbono, baja y alta aleación, espesores>=1mm Aceros al carbono, baja y alta aleación, no ferrosos, espesores >=0.5mm, toda posición subordinado al tipo de arco Todos los materiales de ingeniería, excepto Zn, Bz y sus aleaciones. Espesores desde 1.5mm. Pases de raiz

GMAW

PW

Manual o automatica. Aporte suministrado separadamente, electrodo no consumible de Tungsteno o Hafnio

GTAW

Arco eléctrico

CA, CC-

EBW

Haz deelectrónes

CC-, tensión

LBW OFW

Ar-He y mezclas

alta

sus

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

Vacio (>>10E4mmHg)

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

Haz de luz

Ar - He

Idem EBW

O2+C2H2

Gas (CO, H2, CO2, H2O)

Manual, aporte adicionadoseparadamente

Todos los metales, exceptoZnBz y sus aleaciones, espesores de 1 a 6 mm. Aceros inoxidables, pases deraiz en tuberías. Todos los metales, excepto aquellos de vaporización excesiva, espesores >= 25 mm. Industria nuclear y aeroespacial. Idem EBW, corte demateriales no metálicos. 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 OHW PGW

OXYACETYLENE WELDING OXYHYDROGEN WELDING PRESSURE GAS WELDING

SOLDADURA OXIACETILENICA SOLDADURA OXIHIDROGENICA SOLDADURA POR PRESIOND DE GAS

OTROS PROCESOS EBW

ELECTRÓN BEAM WELDING

EBW-HV EBWMV EBW-NV ESW FLOW IW LBW PEW TW

HIGH VACUUM MÉDIUM VACUUM

SOLDADURA ELECTRONES ALTO VACIO MEDIO VACIO

POR

HAZ

LOW VACUUM ELECTROSLAG WELDING FLOR WELDING INDUCTION WELDING LASSER BEAM WELDING PERCUSIÓN EMISIÓN WELDING THERMITE WELDING

BAJO VACIO SOLDADURA POR ELECTROESCORIA SOLDADURA POR FLUJO SOLDADURA POR INDUCCIÓN SOLDADURA POR HAZ DE LASER SOLDADURA POR PERCUSIÓN SOLDADURA POR TERMITA

DE

SOLDADURA FUERTE (BRAZING) BB

BLOCK BRAZING

SOLDADURA FUERTE POR BLOQUE

CAB EXB FLW IB IRB RB TB TCAB DB FB

DIFFUSIÓN BRAZING EXOTERMIC BRAZING FLOW BRAZING INDUCTION BRAZING INFRARED BRAZING RESISTANCE BRAZING TORCH BRAZING TWIN CARBON ARC BRAZING DIP BRAZING FURNACE BRAZING

SOLDADURA FUERTE POR DIFUSIÓN SOLDADURA FUERTE EXOTERMICA SOLDADURA FUERTE POR FLUJO SOLDADURA FUERTE POR INDUCCIÓN SOLDADURA FUERTE POR INFRARROJO SOLDADURA FUERTE POR RESISTENCIA SOLDADURA FUERTE POR ANTORCHA SOLDADURA FUERTE ARCO DE CARBON SOLDADURA FUERTE POR INMERSIÓN SOLDADURA FUERTE POR HORNO

SOLDADURA POR ARCO ELECTRICO (AW) GMAW

GAS METAL ARC WELDING

GMAW-P GMAW-S GTAW

PULSED ARC SHORT CIRCUITING ARC GAS TUNGSTEN ARC WELDING

GTAW-P PAW SMAW SAW SAW-S AHW

PULSED ARC PLASM ARC WELDING SHIELDED METAL ARC WELDING SUBMERGED ARC WELDING SERIES ATOMIC HYDROGEN WELDING

SOLDADURA POR ARCO METALICOPROTEGIDO POR GAS ARCO PULSADO ARCO POR CORTO CIRCUITO SOLDADURA POR ARCO METALICO DE TUNGSTENO PROTEGIDO POR GAS ARCO PULSADO SOLDADURA POR PLASMA SOLDADURA POR ELECTRODO REVESTIDO SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO SAW EN SERIE SOLDADURA POR HIDRÓGENO ATÓMICO

BMAW CAW CAW-S CAW-G CAW-T EGW FCAW

BARE METAL ARC WELDING CARBON ARC WELDING SHIELDED GAS TWIN ELECTROGAS WELDING FLUX CORED ARC WELDING

SOLDADURA POR ARCO DE CARBON PROTEGIDA CON GAS DOBLE PROTECCION SOLDADURA POR ELECTROGAS SOLDADURA DE CORAZON FUNDENTE

SOLDADURA EN ESTADO SOLIDO (SSW) CEW

COEXTRUSION WELDING

SOLDADURA POR COEXTRUSION

CW DFW EXW FOW FRW HPW ROW USW

COLD WELDING DIFFUSIÓN WELDING EXPLOSION WELDING FORGE WELDING FRICTION WELDING HOT PRESSURE WELDING ROLL WELDING ULTRASONIC WELDING

SOLDADURA EN FRIO SOLDADURA POR DIFUSIÓN SOLDADURA POR EXPLOSION SOLDADURA POR FORJA SOLDADURA POR FRICCIÓN SOLDADURA POR PRESIÓN EN CALIENTE SOLDADURA POR ROLADO SOLDADURA POR ULTRASONIDO

SOLDADURA BLANDA (SOLDERING S) DS

DIP SOLDERING

SOLDADURA BLANDA POR INMERSION

FS IS IRS RS TS USS

FURNACE SOLDERING INDUCTION SOLDERING INFRARED SOLDERING RESISTANCE SOLDERING TORCH SOLDERING ULTRASONIC SOLDERING

SOLDADURA BLANDA POR HORNO SOLDADURA BLANDA POR INDUCCIÓN SOLDADURA BLANDA INFRARROJA SOLDADURA BLANDA POR RESISTENCIA SOLDADURA BLANDA POR ANTORCHA SOLDADURA BLANDA ULTRASONICA

SOLDADURA POR RESISTENCIA (RW) FW

FLASH WELDING

POR DESTELLO

PW RSEW RSEW-HF RSEW-I RSW UW UW-HF UW-I

PROJECTION WELDING RESISTANCE SEAM WELDING HIGH FRECUENCY INDUCTION RESISTANCE SPOT WELDING UPSET WELDING HIGH FRECUENCY INDUCTION

POR PROYECCIÓN POR CAPA DE RESISTENCIA ALTA FRECUENCIA POR INDUCCIÓN POR PUNTOS POR VOLCAMIENTO(COALESCENCIA+PRESIÓN) CON ALTA FRECUENCIA POR INDUCCION