03b soldadura procesos_v1.4

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Ingeniería de los Sistemas de Producción
Rosendo Zamora Pedreño
Dpto. Ingeniería de Materiales y Fabricación
rosendo.zamora@upct.es
Soldadura: Procesos
2
Índice
Procesos de Soldadura
1. Soldadura por Combustión (autógena)
2. Soldadura por Arco
3. Soldadura por Resistencia
4. Soldadura Heterogénea
5. Otros procesos de soldadura

2
3
1.‐ Soldadura por Combustión
Fundamento:
Proceso: por fusión.
Energía: combustión de un gas.
Composición mezcla combustible:
Oxigeno + (Metano, propano y
fundamentalmente acetileno C2H2)
Soldadura oxiacetilénica OAW
(Oxyacetylene Welding)
3100 oC.
*2
4
Zonas de la llama oxiacetilénica
• Dardo
• Zona reductora
• Penacho

3
5
Tipos de llama:
Reductora
• Exceso de Acetileno
• Combustión irregular penacho blanco y alargado
• El exceso de C carbura el metal
• Acero sin metal de aporte
Neutra
•Dardo de color Verdoso ‐ Blanco bien definido.
•Uso habitual
6
Tipos de llama:
Oxidante
•Exceso de Oxígeno
•Dardo Azul y corto
•Penacho inexistente (se queman los gases)
•Malas propiedades mecánicas

4
7
Tipos de llama:
*6
8
Protección:
Uso de fundentes:
• deshacen los óxidos superficiales
• protegen de la oxidación
•Para materiales férreos: mezclas a base de bórax,
bicarbonato sódico, sílice y sosa.
•Para Cu y sus aleaciones: mezclas a base de bórax, ácido
bórico y cloruros y fosfato sódico.
•Para Al y sus aleaciones: mezclas a base de sulfato
sódico, cloruros de sodio, de potasio y magnesio, y
fluoruros de potasio y sodio.

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Métodos de soldeo
A izquierdas (clásico):
• La varilla va por delante del soplete
• La llama precalienta el material a soldar
• Inconveniente: empuja al metal en el sentido de trabajo lo que
dificulta la penetración
*7
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Métodos de soldeo
A derechas:
• La varilla va por detrás del soplete
• Facilita la penetración
• Se obtiene mayor velocidad de soldeo y cordones más estrechos
*7

6
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Equipo:
Barato y de fácil transporte
*7
12
Aplicación:
Cualquier metal de uso industrial: aceros al carbón,
aleados e inoxidables, cobre y sus aleaciones, aluminio y
sus aleaciones, magnesio y sus aleaciones.
Utilización restringida. Se usa cuando hay problemas de
accesibilidad. Está siendo desplazada por la soldadura por
arco.
Problemas:
•Impurezas en el baño
•Difícil automatización
•Tasa de deposición es baja

7
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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

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15
Componentes del 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
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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
*TIG

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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 ).
18

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
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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.
‐Tipos de revestimiento:
Ácido, Celulósico, Rutilo, Básico, Gran rendimiento.

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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.
‐Tipos de revestimiento:
Ácido, Celulósico, Rutilo, Básico, Gran rendimiento.
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Básicos
Rutilo

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Celulósicos
Ácidos
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Ej.: Denominación electrodos
*2

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25
Corriente:
•C.C. y C.A: 10 ÷ 500 A
•C.C. y electrodo conectado a +
•15 ÷ 45 V
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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.

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Ventajas e inconvenientes:
•Utilizable en todas posiciones
•Equipo económico y versátil
•Gran variedad de electrodos
•Difícilmente automatizable
•Costo total elevado (escoria y rendimiento)
•Abundante mano de obra
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Otros aspectos:
Importante seleccionar el
procedimiento a seguir, corriente
a utilizar, tipo de electrodo,
limpieza de escoria entre
pasadas y tratamiento térmico
cuando sea necesario.

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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
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Tungsten Inert Gas
Fundamento
•Electrodo: no
consumible
•Gas inerte

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Tungsten Inert Gas
Fundamento
•Electrodo: no
consumible
•Gas inerte
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Tungsten Inert Gas
Electrodo:
•No se funde.
•Mantener el arco
•Acabado del extremo
•Material

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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".
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Tungsten Inert Gas
Metal de aporte:
•Soldadura con o sin metal de
aporte
•Aporte manual o automático
•Composición química similar
al metal base.

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37
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)
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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)

20
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Tungsten Inert Gas
•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
•Muy buena calidad de soldeo
•Caro (gas)
•Mano de obra especializada
40

21
41
2.3.‐ MIG / MAG
Fundamento (Metal Inert Gas, Metal Active Gas):
•Electrodo: hilo consumible
•Gas inerte (MIG), Gas activo (MAG)
Metal de aporte:
•Electrodo.
•Electrodo continuo.
•Regulación velocidad del hilo
42
2.3.‐ MIG / MAG
Equipo MIG/MAG

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
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2.3.‐ MIG / MAG
Corriente:
‐ C.C. con polaridad inversa (electrodo +) Electrodo mayor Tª
‐ Raramente c.a.
‐ MIG: Casi todos los metales y sus aleaciones
‐ MAG: Aceros al carbono con baja aleación.
•Ausencia de escoria
•Alimentación automática de hilo
•Flexibilidad de regulación
•Problemas gas e hilo automatizado

23
45
2.3.‐ MIG / MAG
Algunos problemas típicos:
46

24
47
2.4.‐ Arco sumergido (SAW Submerged Arc Welding ).
Fundamento:
•Energía: arco eléctrico sumergido en flux
•Electrodo: hilo consumible
•Flux
Metal de aporte:
•Electrodo.
•Su función: sostener el arco.
•Aporte continuo motorizado.
Esquema del proceso
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Protección:
•Capa de granulado fusible (Flux o polvo de soldadura),
cubre el arco y la zona de soldadura.
•Genera gas protector y escoria.
Esquema de los elementos del
equipo completo de soldeo
Carro SAW

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Corriente:
•c.c. y c.a.
•c.c. y electrodo al positivo.
•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.
50
•Alta velocidad en posición sobremesa
(chapas cilíndricas)
•Evita salpicaduras del arco
•Alimentación y recogida de flux
•Limitación de posiciones

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51
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3.‐ Soldadura por Resistencia
Fundamento (ResistanceWelding):
Energía: Corriente (efecto Joule) Presión
Q I 2 R t
Fases:
1.‐ Período de presión (fase de
posicionamiento)
2.‐ Período de soldeo
3.‐ Período de mantenimiento (fase de
forja)
4.‐ Período de separación

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Protección:
•Materiales limpios de óxido, grasa y pinturas
•No necesita fundente
Electrodos:
•Cobre o cobre aleado
•Elevada conductividad térmica y eléctrica
•Refrigeración
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Corriente:
•c.a.
•I= 1.000 ÷ 100.000 A
•V= 1 ÷ 30 V
•F= 100 ÷ 500 kp
•Chapa fina a solape.
•No en fundición de hierro ni con aleaciones
de Cu (debido a los óxidos y a la fragilidad de la
fundición).
•Optimo para metales de elevada resistencia
(aceros al carbono e inoxidables).

28
55
Tipos:
•Por puntos
•Resaltes o protuberancias
•Por roldanas
•A tope
•Por chispa
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3.1.‐ Por puntos
Características:
•Punto de soldadura de forma lenticular
•Preparación de juntas a solape
•Fabricación de carrocerías de automóviles,
electrodomésticos y muebles metálicos.
•Espesores: 0,1 y 20 mm.;
(en la práctica  8 mm)
•Proceso altamente automatizable.

29
57
3.1.‐ Por puntos
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

30
59
3.2.‐ Protuberancias
•Soldadura de varillas cruzadas (rejas, parrilla, verjas)
•Espesores: 0,5 a 6 mm.
•No Al ni aleaciones de Cu.
*11
60
3.3.‐ Roldanas
Características:
•Los electrodos se reemplazan por roldanas
•La pieza se desplaza entre las roldanas
•Soldadura continua o espaciada

31
61
3.3.‐ Roldanas
•Recipientes de espesores de 0,05 a 3 mm.
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
Secciones rectas de alambres, barras, tubos y perfiles.
Sección máxima: 100 ÷ 300 mm2

32
63
3.5.‐ Chisporroteo
Características:
•Igual que la soldadura a tope, pero sin
presión, contacto móvil por puntos
diversos de la sección.
•El chisporroteo funde los extremos.
•A continuación se aplica rápidamente una
presión para realizar la unión.
64
3.5.‐ Chisporroteo
•Las mismas que la de “a tope”
•Mayores secciones
•Raíles de ferrocarriles
•Rollos de redondos
•Metales distintos sin problemas de
dilución

33
65
66
4.‐ Soldadura Heterogénea
Fundamento:
•Aporte de material sin fusión del metal base
•Basado en fuerzas de capilaridad
•Permiten unión de materiales diferentes

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Tipos:
•Soldadura fuerte: Tª fusión material aporte > 450 º C
•Soldadura blanda: Tª fusión material aporte < 450 º C
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Fuente de calor:
•Llama oxidante o neutra
•Por resistencia
•Inducción
•Por infrarrojos
•Por baño
•Horno
Protección:
•Limpieza de los metales a soldar
•Utilización de decapantes o antioxidantes

35
69
•Idóneos para materiales delgados, piezas muy finas y
pequeñas y materiales disimilares.
Soldadura fuerte:
‐ Uniones que necesiten resistencia intermedia y
conductividad eléctrica
Soldadura blanda:
‐ Uniones con baja resistencia y necesidad de
conductividad eléctrica
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Ventajas:
•Evitan problemas metalúrgicos
•Menor distorsión
•Amplia gama de metales de aportación
•Tensiones residuales nulas o despreciables
•Economía para uniones complejas
•Conjuntos completos de soldaduras (horno, inducción, etc.)
•Producción en serie
•Posibilidad de unir materiales distintos.
•Soldadura fina, discreta y prácticamente invisible.

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71
+  + + Calor
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,
R
agente reductor
Me
Metal reducido
Fe2 O3 + 2 Al  2Fe + Al2 O3 + 880 KJ
3Cu O + 2 Al  3Cu + Al2 O3+ 1210 KJ
O Me
Óxido metálico
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
OR
óxido del agente
reductor

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5.1.‐ Aluminotermia
*2
*3
74
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.

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75
Características del uso con Cu
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.
76
Características del uso con Cu
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.

39
77
*4
Procedimiento de conexión para la soldadura de cable
1º
2º
3º
4º
Pre‐calentamiento
78
*5

40
79
*5
80
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

41
81
5.2.‐ Electroescoria (ESW ElectroSlag Welding):
•Unión en vertical o cuasi vertical ascendente
•Grandes secciones de fundición y forja de aceros
•Al y Ti de espesores gruesos 20 y 350 mm
•Industria naval y calderería pesada
•Grandes aportes de material
•Grandes espesores de junta en pasada única
*2
82
5.3.‐ Láser (LBW Laser Beam Welding)
Fundamento
•Soldadura por fusión
•Calor generado por impacto de un rayo luminoso amplificado
Metal de aporte:
•Sin metal de aporte
Protección:
•Gas aportado
•Todos excepto Cu (reflectancia), fundición y refractarios.

42
83
5.4.‐ Haz de Electrones (EBW Electron Beam Welding)
Fundamento:
•Soldadura por fusión
•Calor generado colisión de electrones
•Soldadura en vacío
Metal de aporte:
•Sin metal de aporte
Protección:
•Cámara de vacío
•Materiales de difícil soldeo (circonio, berilio, wolframio)
•Muy alta pureza y calidad
•Mínima ZAT
•Industria automoción, óptica, aeronáutica...
*8
84
5.5.‐ Explosión
Fundamento:
•Basada en el uso de explosivos
•La detonación de una carga colocada adecuadamente obliga a
uno de los metales que se desean soldar a precipitarse
aceleradamente sobre el otro, incidiendo a una cierta velocidad y
bajo un determinado ángulo.
*2

43
85
5.5.‐ Explosión
•Fabricación de placas bimetálicas
•Uniones Al‐Acero
•Materiales disimilares difícilmente soldables por fusión.
*12
86
5.5.‐ Explosión
•Fabricación de placas bimetálicas
•Uniones Al‐Acero
•Materiales disimilares difícilmente soldables por fusión.
Explosivo
Metal base 1 (flyer plate)
*9 Explosión 20 μs después del inicio *10

44
•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
87
Referencias
Referencias
Figuras
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
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