Este documento describe diferentes procesos de soldadura, incluyendo la soldadura por combustión (oxiacetilénica), soldadura por arco, y soldadura por resistencia. Detalla los fundamentos, equipos, aplicaciones y ventajas/desventajas de cada proceso. Explica conceptos como el arco eléctrico, los diferentes tipos de llama oxiacetilénica, y los diferentes procedimientos de soldadura por arco como soldadura con electrodo revestido y soldadura TIG.
7. 7
13
1. Soldadura por Combustión (autógena)
2. Soldadura por Arco
3. Soldadura por Resistencia
4. Soldadura Heterogénea
5. Otros procesos de soldadura
Procesos de Soldadura
14
2.‐ Soldadura por Arco
Arco eléctrico:
efecto producido cuando la energía eléctrica
se transforma en energía calorífica y en
radiación electromagnética al pasar a través
de un conductor gaseoso
Es necesario que el gas sea conductor
Se ioniza (+) mediante una descarga.
El arco tiene forma cónica con vértice
en la punta del electrodo y base en la
pieza
2.‐ Soldadura por Arco
8. 8
15
2.‐ Soldadura por Arco
1.‐ Plasma: (10.000 ÷ 30.000 oC)
• Electrones: (‐) (+). Energía cinética en calorífica.
• Iones metálicos: (+) (‐)
• Átomos gaseosos: ionización y recombinación.
• Productos de la fusión de los metales: vapores, humos,
escorias, etc.
2.‐ Llama
Componentes del arco:
2.‐ Soldadura por Arco
16
2.‐ Soldadura por Arco
En corriente continua podemos trabajar con polaridad:
• Directa: el negativo en el electrodo
El calor se concentra en la pieza
• Inversa: el positivo en el electrodo
El calor se concentra en el electrodo (mayor penetración)
2.‐ Soldadura por Arco
*2
*TIG
9. 9
17
2.‐ Soldadura por Arco
Procedimientos de soldeo por arco
1.‐ Electrodo revestido (SMAW Shielded Metal Arc Welding )
2.‐ Electrodo no consumible y protección de gas inerte (TIG
Tungsten Inert Gas )
3.‐ Electrodo consumible y protección por gas inerte (MIG) o por
gas activo (MAG) (Metal Inert Gas, Metal Active Gas).
4.‐ Arco sumergido (SAW Submerged Arc Welding ).
2.‐ Soldadura por Arco
18
2.‐ Soldadura por Arco
Procedimientos de soldeo por arco
1.‐ Electrodo revestido (SMAW Shielded Metal Arc Welding )
2.‐ Electrodo no consumible y protección de gas inerte (TIG
Tungsten Inert Gas )
3.‐ Electrodo consumible y protección por gas inerte (MIG) o por
gas activo (MAG) (Metal Inert Gas, Metal Active Gas).
4.‐ Arco sumergido (SAW Submerged Arc Welding ).
2.‐ Soldadura por Arco
10. 10
19
2.1.‐ Electrodo revestido (SMAW Shielded Metal Arc Welding )
• Fusión de bordes de las piezas
a unir
• Energía = arco eléctrico entre
pieza y electrodo consumible
revestido
• Proceso manual
• Protección: escoria y gas
procedente del revestimiento
2.‐ Soldadura por Arco
20
2.1.‐ Electrodo revestido (SMAW Shielded Metal Arc Welding )
Protección:
‐ Revestimiento del electrodo.
‐ Funciones:
•Eléctrica: Cebado del arco y estabilidad del arco
•Física: Evita contacto con O2, N2 y H2.
•Metalúrgica: mejorar características mecánicas.
2.‐ Soldadura por Arco
‐Tipos de revestimiento:
Ácido, Celulósico, Rutilo, Básico, Gran rendimiento.
11. 11
21
2.1.‐ Electrodo revestido (SMAW Shielded Metal Arc Welding )
Protección:
‐ Revestimiento del electrodo.
‐ Funciones:
•Eléctrica: Cebado del arco y estabilidad del arco
•Física: Evita contacto con O2, N2 y H2.
•Metalúrgica: mejorar características mecánicas.
2.‐ Soldadura por Arco
‐Tipos de revestimiento:
Ácido, Celulósico, Rutilo, Básico, Gran rendimiento.
22
2.1.‐ Electrodo revestido (SMAW Shielded Metal Arc Welding )
2.‐ Soldadura por Arco
Básicos
Rutilo
13. 13
25
2.1.‐ Electrodo revestido (SMAW Shielded Metal Arc Welding )
Corriente:
•C.C. y C.A: 10 ÷ 500 A
•C.C. y electrodo conectado a +
•15 ÷ 45 V
2.‐ Soldadura por Arco
26
2.1.‐ Electrodo revestido (SMAW Shielded Metal Arc Welding )
Campo de aplicación:
Casi todo tipo de acero: al carbono, inoxidables, débilmente
aleados e incluso fundiciones de hierro, si bien en este caso el
rendimiento no es muy satisfactorio.
2.‐ Soldadura por Arco
15. 15
29
2.‐ Soldadura por Arco
Procedimientos de soldeo por arco
1.‐ Electrodo revestido (SMAW Shielded Metal Arc Welding )
2.‐ Electrodo no consumible y protección de gas inerte (TIG
Tungsten Inert Gas )
3.‐ Electrodo consumible y protección por gas inerte (MIG) o por
gas activo (MAG) (Metal Inert Gas, Metal Active Gas).
4.‐ Arco sumergido (SAW Submerged Arc Welding ).
2.‐ Soldadura por Arco
30
2.‐ Soldadura por Arco
Procedimientos de soldeo por arco
1.‐ Electrodo revestido (SMAW Shielded Metal Arc Welding )
2.‐ Electrodo no consumible y protección de gas inerte (TIG
Tungsten Inert Gas )
3.‐ Electrodo consumible y protección por gas inerte (MIG) o por
gas activo (MAG) (Metal Inert Gas, Metal Active Gas).
4.‐ Arco sumergido (SAW Submerged Arc Welding ).
2.‐ Soldadura por Arco
16. 16
31
2.2.‐ Electrodo no consumible y protección de gas inerte TIG
Tungsten Inert Gas
Fundamento
•Proceso: por fusión.
•Energía: arco eléctrico.
•Electrodo: no
consumible
•Gas inerte
2.‐ Soldadura por Arco
32
2.2.‐ Electrodo no consumible y protección de gas inerte TIG
Tungsten Inert Gas
Fundamento
•Proceso: por fusión.
•Energía: arco eléctrico.
•Electrodo: no
consumible
•Gas inerte
2.‐ Soldadura por Arco
17. 17
33
2.2.‐ Electrodo no consumible y protección de gas inerte TIG
Tungsten Inert Gas
Fundamento
•Proceso: por fusión.
•Energía: arco eléctrico.
•Electrodo: no
consumible
•Gas inerte
2.‐ Soldadura por Arco
34
Electrodo:
•No se funde.
•Mantener el arco
•Acabado del extremo
•Material
2.2.‐ Electrodo no consumible y protección de gas inerte TIG
Tungsten Inert Gas
2.‐ Soldadura por Arco
18. 18
35
2.2.‐ Electrodo no consumible y protección de gas inerte TIG
Tungsten Inert Gas
Tipos de electrodo Tugnsteno. Identificación AWS (BS6678)
‐La adición de 2% de torio permite una mayor capacidad de corriente, mejor
iniciación y estabilidad del arco.
‐Diámetros mas utilizados : 1,6 mm, 2,4 mm, 3,2 mm : largo estándar: 3"y 7".
2.‐ Soldadura por Arco
36
Metal de aporte:
•Soldadura con o sin metal de
aporte
•Aporte manual o automático
•Composición química similar
al metal base.
2.2.‐ Electrodo no consumible y protección de gas inerte TIG
Tungsten Inert Gas
2.‐ Soldadura por Arco
19. 19
37
2.2.‐ Electrodo no consumible y protección de gas inerte TIG
Tungsten Inert Gas
Protección:
•Gas o mezcla de gases.
•Composición en función de material y
penetración.
‐ Argón: mayor penetración, (mayor densidad)
‐ Helio (poco en Europa): menor penetración.
‐ Mezclas (75% He + 25% Ar)
2.‐ Soldadura por Arco
38
2.2.‐ Electrodo no consumible y protección de gas inerte TIG
Tungsten Inert Gas
Corriente:
1.‐ C.C. y polaridad directa.(+ a la pieza):
•Redimiento térmico aceptable
•Mayor penetración
•Mayor duración del electrodo
2.‐ C.C. y polaridad inversa. (+ al electrodo):
•Menor rendimiento térmico y penetración
•Mayor baño de fusión
•Mayor calentamiento de electrodo
3.‐ Corriente alterna:
•Ventajas de las dos de continua
•Inconvenientes: cebado y estabilidad ‐ (alta frecuencia)
2.‐ Soldadura por Arco
20. 20
39
2.2.‐ Electrodo no consumible y protección de gas inerte TIG
Tungsten Inert Gas
Campo de aplicación:
•Todas las aleaciones, preferible con metales difíciles de
soldar. (Al, Mg, aceros al Cr‐Ni).
•Industria petróleo, nucleares, química…
•c.c. e inversa: Al, Mg y sus aleaciones
•c.a.: aleaciones ligeras
Ventajas e inconvenientes:
•Muy buena calidad de soldeo
•Caro (gas)
•Mano de obra especializada
2.‐ Soldadura por Arco
40
2.‐ Soldadura por Arco
Procedimientos de soldeo por arco
1.‐ Electrodo revestido (SMAW Shielded Metal Arc Welding )
2.‐ Electrodo no consumible y protección de gas inerte (TIG
Tungsten Inert Gas )
3.‐ Electrodo consumible y protección por gas inerte (MIG) o por
gas activo (MAG) (Metal Inert Gas, Metal Active Gas).
4.‐ Arco sumergido (SAW Submerged Arc Welding ).
2.‐ Soldadura por Arco
22. 22
43
2.3.‐ MIG / MAG
Protección:
Mediante gas
MIG
‐ Argón puro ó con hasta 5% de O2
‐ Helio (U.S.A.) Más caro
‐ Mezclas pobres con gases activos mejoran penetración
MAG
‐ Atmósfera oxidante o reductora según el gas.
‐ Gases CO2, Argón + CO2, O2 + Argón
‐ CO2 Cordones con muchos poros debido a O2
‐ Para aceros al carbono y baja aleación
2.‐ Soldadura por Arco
44
2.3.‐ MIG / MAG
Corriente:
‐ C.C. con polaridad inversa (electrodo +) Electrodo mayor Tª
‐ Raramente c.a.
Campo de aplicación:
‐ MIG: Casi todos los metales y sus aleaciones
‐ MAG: Aceros al carbono con baja aleación.
Ventajas e inconvenientes:
•Ausencia de escoria
•Alimentación automática de hilo
•Flexibilidad de regulación
•Problemas gas e hilo automatizado
2.‐ Soldadura por Arco
23. 23
45
2.3.‐ MIG / MAG
Algunos problemas típicos:
2.‐ Soldadura por Arco
46
2.‐ Soldadura por Arco
Procedimientos de soldeo por arco
1.‐ Electrodo revestido (SMAW Shielded Metal Arc Welding )
2.‐ Electrodo no consumible y protección de gas inerte (TIG
Tungsten Inert Gas )
3.‐ Electrodo consumible y protección por gas inerte (MIG) o por
gas activo (MAG) (Metal Inert Gas, Metal Active Gas).
4.‐ Arco sumergido (SAW Submerged Arc Welding ).
2.‐ Soldadura por Arco
24. 24
47
2.4.‐ Arco sumergido (SAW Submerged Arc Welding ).
Fundamento:
•Proceso: por fusión.
•Energía: arco eléctrico sumergido en flux
•Electrodo: hilo consumible
•Flux
Metal de aporte:
•Electrodo.
•Su función: sostener el arco.
•Aporte continuo motorizado.
2.‐ Soldadura por Arco
Esquema del proceso
48
2.4.‐ Arco sumergido (SAW Submerged Arc Welding ).
Protección:
•Capa de granulado fusible (Flux o polvo de soldadura),
cubre el arco y la zona de soldadura.
•Genera gas protector y escoria.
2.‐ Soldadura por Arco
Esquema de los elementos del
equipo completo de soldeo
Carro SAW
25. 25
49
2.4.‐ Arco sumergido (SAW Submerged Arc Welding ).
Corriente:
•c.c. y c.a.
•c.c. y electrodo al positivo.
Campo de aplicación:
•Aceros al carbono, hasta 0,3% de C.
•Aceros al carbono y de baja aleación tratados térmicamente.
•Aceros al Cr‐Molibdeno
•Aceros inoxidables austeníticos
•Tuberías de acero en espiral.
2.‐ Soldadura por Arco
50
2.4.‐ Arco sumergido (SAW Submerged Arc Welding ).
Ventajas e inconvenientes:
•Alta velocidad en posición sobremesa
(chapas cilíndricas)
•Evita salpicaduras del arco
•Alimentación y recogida de flux
•Limitación de posiciones
2.‐ Soldadura por Arco
26. 26
51
1. Soldadura por Combustión (autógena)
2. Soldadura por Arco
3. Soldadura por Resistencia
4. Soldadura Heterogénea
5. Otros procesos de soldadura
Procesos de Soldadura
52
t
R
I
Q
2
Fundamento (Resistance Welding):
Energía: Corriente (efecto Joule) Presión
Fases:
1.‐ Período de presión (fase de
posicionamiento)
2.‐ Período de soldeo
3.‐ Período de mantenimiento (fase de
forja)
4.‐ Período de separación
3.‐ Soldadura por Resistencia
29. 29
57
3.1.‐ Por puntos
3.‐ Soldadura por Resistencia
58
3.2.‐ Protuberancias
Características:
•Variación de la soldadura por puntos
•Resaltes se hacen antes de soldar con
matrices
•Realización muchos puntos
simultáneamente
•Electrodos de gran diámetro
•Grandes corrientes y mínimo número de
ciclos de soldeo
3.‐ Soldadura por Resistencia
31. 31
61
Campo de aplicación:
•Recipientes de espesores de 0,05 a 3 mm.
3.3.‐ Roldanas
3.‐ Soldadura por Resistencia
62
3.4.‐ A tope
Características
•Las piezas se sujetan con mordaza.
•Se presionan las dos piezas.
•El paso de corriente calienta la unión.
•Se aumenta la presión y se produce la unión.
Si la presión es excesiva el material se aplasta demasiado y las
uniones tendrán baja resistencia
Si la presión es baja la unión es porosa
Campo de aplicación:
Secciones rectas de alambres, barras, tubos y perfiles.
Sección máxima: 100 ÷ 300 mm2
3.‐ Soldadura por Resistencia
33. 33
65
1. Soldadura por Combustión (autógena)
2. Soldadura por Arco
3. Soldadura por Resistencia
4. Soldadura Heterogénea
5. Otros procesos de soldadura
Procesos de Soldadura
66
Fundamento:
•Aporte de material sin fusión del metal base
•Basado en fuerzas de capilaridad
•Permiten unión de materiales diferentes
4.‐ Soldadura Heterogénea
34. 34
67
Tipos:
•Soldadura fuerte: Tª fusión material aporte > 450 º C
•Soldadura blanda: Tª fusión material aporte < 450 º C
4.‐ Soldadura Heterogénea
68
Protección:
•Limpieza de los metales a soldar
•Utilización de decapantes o antioxidantes
Fuente de calor:
•Llama oxidante o neutra
•Por resistencia
•Inducción
•Por infrarrojos
•Por baño
•Horno
4.‐ Soldadura Heterogénea
36. 36
71
1. Soldadura por Combustión (autógena)
2. Soldadura por Arco
3. Soldadura por Resistencia
4. Soldadura Heterogénea
5. Otros procesos de soldadura
Procesos de Soldadura
72
5.‐ Otros procesos de soldadura
5.1.‐ Aluminotermia Termita – Thermit Welding
Principios del proceso
1. Se usa el calor desprendido en una reacción química exotérmica,
Fe2 O3 + 2 Al 2Fe + Al2 O3 + 880 KJ
3Cu O + 2 Al 3Cu + Al2 O3+ 1210 KJ
2. El calor generado funde el metal de aportación (Fe, Cu) y también funde los
extremos de las piezas a unir
3. La alúmina queda como residuo protector en forma de escoria
O Me
Óxido metálico
R
agente reductor
Me
Metal reducido
OR
óxido del agente
reductor
+ + + Calor
37. 37
73
5.‐ Otros procesos de soldadura
5.1.‐ Aluminotermia
*2
*3
74
5.‐ Otros procesos de soldadura
5.1.‐ Aluminotermia
Soldeo de raíles
1. El acero líquido producido es vertido en la unión, formada por la separación entre los
extremos de los raíles, en un molde refractario que se acopla a los perfiles a unir, evitando
el vertido incontrolado y el contacto con la atmósfera, y dando forma como si de un
proceso de fundición se tratara.
2. La “carga aluminotérmica”, se presenta en forma de sacos de polvo perfectamente
dosificados que contienen una mezcla granular de:
‐ óxidos de hierro
‐ aluminio
‐ aditivos estabilizadores de la reacción
3. La “carga aluminotérmica” viene en un Kit acompañada de los moldes refractarios, pasta
selladora especial, encendedor, tapón para el vertido automático del acero líquido, etc.
4. A una temperatura de ignición determinada, la reacción química se activa violentamente
dentro de un crisol refractario, y continúa hasta agotarse los elementos iniciales de la
carga
5. Para la ignición se usa una bengala encendida, puesta en contacto con la carga.
6. El acero se decanta por gravedad, debido a la mayor densidad que la alúmina.
38. 38
75
5.‐ Otros procesos de soldadura
5.1.‐ Aluminotermia
La reacción es muy rápida y por tanto las piezas a soldar
adquieren, en la zona que rodea al punto de soldadura,
una temperatura muy inferior a la que se obtiene
empleando los procedimientos habituales, factor muy
importante cuando se trata de proteger el aislamiento del
cable o las características físicas de los materiales a soldar.
Características del uso con Cu
76
5.‐ Otros procesos de soldadura
5.1.‐ Aluminotermia
La aleación utilizada tiene una temperatura de fusión prácticamente igual a
la del cobre y posee, generalmente, una sección aproximadamente doble que
la de los conductores a soldar, por lo que:
•Las sobrecargas o intensidades de cortocircuito no afectan a la
conexión y los ensayos han demostrado que los conductores funden
antes que la soldadura.
•La conductividad de la conexión es, al menos, igual o superior a la de los
conductores unidos.
•No existe posibilidad de corrosión galvánica, puesto que los
conductores quedan integrados en la propia conexión.
Características del uso con Cu
40. 40
79
5.‐ Otros procesos de soldadura
5.1.‐ Aluminotermia
*5
80
5.‐ Otros procesos de soldadura
5.2.‐ Electroescoria (ESW ElectroSlag Welding):
Fundamento:
•Energía: arco entre electrodo consumible y metal base recubierto de escoria de
baja conductividad.
•Hay fusión material base.
•Empleo de moldes refrigerados como contención
Electrodo:
Consumible aportado mecánicamente
Protección:
Escoria depositada sobre las piezas a fundir
*2
44. 44
87
Referencias
Referencias
1. http://www.electroglobal.net
2. M. Reina, “Soldadura de los Aceros. Aplicaciones”, Manuel Reina Gómez, Madrid, 1986
3. http://es.wikipedia.org/wiki/Soldadura_aluminot%C3%A9rmica
4. http://www.chinaleiying.com
5. http://www.kumwell.com
6. http://www.obtesol.es
7. http://es.slideshare.net/Fran1176/ud10‐mecanizado‐bsico
8. http://www.ebteccorp.com/
9. http://www.amexservices.com
10. http://www.aist.go.jp
11. http://es.machinetools.net.tw
12. http://www.eltecheng.com
Figuras
Nota: Todas las imágenes se han obtenido utilizando resultados de búsquedas en la sección de Imágenes de Google
•S. Kalpakjian, S.R. Schmid, (2008) Manufactura, Ingeniería y Tecnología, Pearson Educación, ISBN 10: 970‐26‐1026‐5
•M. Reina, “Soldadura de los Aceros. Aplicaciones”, Manuel Reina Gómez, Madrid, 1986
Rosendo Zamora Pedreño
Dpto. Ingeniería de Materiales y Fabricación
rosendo.zamora@upct.es
Ingeniería de los Sistemas de Producción