Tipos de uniones soldadas

1. Soldadura.
Procesos de soldadura.
Existe un gran número de procesos de
soldadura, entre los cuales se pueden nombrar
los siguientes:
Soldadura por gas oxi-acetilénico
Soldadura por electrodo revestido
TIG
MIG
Soldadura por plasma
Soldadura de arco sumergido
Soldadura por electroescoria
Soldadura por resistencia (puntos y costura)
Soldadura por laser
Soldadura por haz de elctrones
Soldadura por friccción
Brasage

2. Diferentes procesos de soldadura

3. Tipos de uniones soldadas

6. Terminología de la soldadura
• Ancho de la soldadura ( largura);
penetración de la raíz; penetración de
la unión; raíz de la soldadura; refuerzo
de la soldadura

7. Zonas de la soldadura
• Zona fundida; zona térmicamente
afectada; metal base; cubre junta
• Soldadura en varios pasos

8. Posiciones de la soldadura
•

9. Medidas de seguridad en soldadura
• Ropas de cuero son las más adecuadas
• El choque eléctrico es un riesgo: hasta 15 mA hay hormigueo
fuerte; de 15 ma 50 mA espasmo muscular; 50 a 80 mA
dificultad de respiración; 80 mA hasta 5 A paro cardíaco y
quemaduras alto grado; sobre 5ª muesrte segura.
• Se debe proteger los ojos de la rradiación del arco, es muy
irritante. Se deben usar lentes: con filtros entre 10 y 14.
• La soldadura puede producir incendios en el entorno.
• Evitar la respiración de gases de soldadura y evacuarlos.
• Evitar salpicaduras de metal caliente.

10. Soldadura por arco eléctrico
• El arco eléctrico es una descarga eléctrica, sustentada
a través de un gas ionizado, conocido como plasma,
que produce energía térmica suficiente para fundir el
metal.
• El plasma está constituido por moléculas, átomos,
iones y electrones; los dos últimos son responsables
del paso de corriente por el arco.
• La caída de voltaje a través del arco se observa en la
figura siguiente:
Caída anódica
Caída en la
columna
Caída catódica

11. Soldadura por arco eléctrico
• Las temperaturas en el arco son muy altas como
muestra el perfil siguiente:

12. Fuentes de energía para la soldadura
• Se usan máquinas de corriente continua (CC) y de
corriente alterna (CA). Las soldaduras de calidad se
producen por CC.
• Estas deben controlar adecuadamente el voltaje y el
amperaje.
• Máquinas de corriente constante. Se usan
principalmente con electrodos revestidos. La curva
Voltaje – amperaje es tal que el amperaje cambia poco
al variar el voltaje.
• El amperaje es seleccionado por el operador; el voltaje
lo puede hacer variar el operador cambiando el largo
del arco; pero esta variación de voltaje cambia poco el
amperaje.

13. Máquinas de corriente constante.
• Las fuentes de corriente constante permiten
que durante el proceso de soldadura la
extensión del arco varíe sin que la corriente
sufra grandes alteraciones; ni aún
cortocircuitos del electrodo con el metal base
producen grandes elevaciones de corriente.
• Este equipamiento se emplea en procesos de
soldado manual como electrodo revestido
(SMAW), TIG (GTAW) y plasma (PAW) en los
cuales el soldador controla manualmente la
extensión del arco.

14. Fuentes de voltaje constante
• Fuentes de poder de voltaje constante se usan con
electrodos sólidos y con electrodos con fundente
interior.
• El voltaje se fija a la fuente y el amperaje se
determina por la velocidad de electrodo alimentado
a la soldadura; la relación voltaje – amperaje se
muestra en la Figura.
• Mayor longitud del arco reduce el amperaje y
viceversa.

15. Fuentes de voltaje constante
• Estas fuentes permiten grandes variaciones de
corriente cuando la extensión del arco varía o se
produce un cortocircuito.
• Este comportamiento permite el control de la
extensión del arco por variaciones de corriente de
soldado, la que controla la velocidad de fusión del
alambre de aporte, en los procesos de soldadura
donde el alambre es alimentado con una velocidad
constante , ej: MIG (GMAW) y soldadura con arco
sumergido (SAW).
• La soldadura MIG convencional se realiza con una
fuente estática de voltaje constante en conjunto
con un alimentador de alambre de velocidad
constante; las que permanecen aproximadamente
constantes durante todo el proceso de soldadura.
• Cualquier perturbación de las condiciones de
soldadura es absorbida por alteraciones en la
corriente. Variaciones de la longitud del arco
producen grandes cambios de corriente y poco de
voltage. Si la corriente baja el alambre se funde
más lento y se acerca al metal base aumentando la
corriente y la tasa de fusión. Por tanto el arco se
ajusta automáticamente, lo que ocurre en
fracciones de segundo sin que el operador se de
cuenta.

16. Otra clasificación de máquinas
soldadoras
• Máquinas estáticas. Dos tipos: Transformadores
para soldar, son de corriente alterna monofásica;
Rectificadores para soldar, entregan una corriente
continua.
• Máquinas rotativas. Dos tipos: grupo motor –
generador con motor eléctrico y grupo generador
movido por motor o bencinero. Las máquinas
rotativas producen corriente alterna o continua, y
ambos tipos pueden ser de voltaje constante o de
intensidad constante.

17. Soldadura al arco con electrodo revestido (SMAW)
Se le conoce como arco manual. La soldadura se
mantiene por el calor de un arco eléctrico, mantenido
entre un electrodo revestido y la pieza soldada.
A medida que gotas de metal caen del electrodo,
forman una pileta, la que es protegida de la oxidación
por los gases y la escoria emitida por el
revestimiento.
Se pueden usar máquinas de CC o CA, las de CC
pueden ser usadas con mayor número de electrodos.
Placas delgadas son soldadas mejor con CC.
CC es mejor para soldar vertical y sobrecabeza.
CA es mejor para soldar espesores variables.

18. Soldadura con CC
• Polaridad directa: el electrodo se conecta al polo
negativo de la fuente de poder y la pieza al polo
positivo. El cordón soldado será ancho y poco
profundo; hay alta tasa de deposición de metal.
• Polaridad invertida: el electrodo se conecta al polo
positivo de la fuente de poder y la pieza soldada al
negativo. El cordón de soldadura es profundo y
angosto.
• Figura acerca de las polaridades:
+ -

19. Recubrimientos de los electrodos
• Los revestimientos pueden ser de diferentes tipos:
• Cristalinos: rutilo ( forma natural del dióxido de titanio),
cuarzo y mica;
• Amorfos o fibrosos: celulósico;
• No cristalinos: vidriosos
• Funciones del revestimiento:
– Proteger al metal líquido y caliente de la oxidación,
– Estabilizar el arco para diferentes longitudes de éste,
– Agregar elementos de aleación al cordón soldado,
que mejora las propiedades mecánicas del cordón,
– Dirigir y concentrar el arco,
– Proporcionar escoria para proteger el cordón líquido,
– La adición de compuestos de titanio facilitan la
soldadura vertical y sobrecabeza,
– Permite controlar la formación de poros,
– Aisla el electrodo de cortocircuitos cuando se suelda
en ranuras profundas.
• Componentes del revestimiento:
• Elementos de aleación: Mo, Cr, Ni, Mn;
• Adhesivos (silicatos), mantienen el revestimiento durante
la extrusión y cocido de éste,
• Formadores de gases: celulosa, carbonatos, los que
producen CO, CO2, H2O,
• Estabilizadores de arco ( compuestos de Ti, Ca y K,
• Formadores de escoria: sílice y magnetita;
• Plastificantes que ayuden a la extrusión: carbonatos de
Ca y K.

20. Variedades de electrodos
•
E6011 (pinta azul): alta penetración, 60.000 psi, toda
posición, celulósico – potásico.
E7018 (pinta naranja). En múltiples pasos en soldadura de
bisel, la ríz es E6061 y los sucesivos pasos E7018

21. Soldadura MIG (Gas metal arc welding)

22. Soldadura MIG
• El arco eléctrico se establece entre un electrodo
metálico consumible no recubierto y la pieza
soldada.
• El electrodo se alimenta mediante una máquina a
una velocidad constante.
• Toda el área de la soldadura se protege mediante
una corriente de gas, usualmente argón o mezclas
de argón con CO2.
• Casi todas las soldaduras MIG se efectúan con
máquinas de corriente continua de electrodo
positivo (DCEP).
• Es un proceso flexible, permite soldar aceros al
carbono, aceros de baja aleación, aceros
inoxidables, aleaciones de aluminio, cobre,
magnesio y nickel.
• Se puede soldar en todas posiciones y se puede
automatizar.

23. MIG Welding
Gas Metal Arc Welding (GMAW) is frequently referred
to as MIG welding. MIG welding is a commonly used
high deposition rate welding process. Wire is
continuously fed from a spool. MIG welding is therefore
referred to as a semiautomatic welding process.
MIG Welding Benefits
•All position capability
•Higher deposition rates than SMAW
•Less operator skill required
•Long welds can be made without starts and stops
•Minimal post weld cleaning is required

24. MIG Welding Shielding Gas
The shielding gas, forms the arc plasma, stabilizes the arc on the
metal being welded, shields the arc and molten weld pool, and
allows smooth transfer of metal from the weld wire to the molten
weld pool.
The primary shielding gasses used are:
Argon
Argon - 1 to 5% Oxygen
Argon - 3 to 25% CO2
Argon/Helium
CO2 is also used in its pure form in some MIG welding processes.
However, in some applications the presence of CO2 in the
shielding gas may adversely affect the mechanical properties of
the weld.
Common MIG Welding Concerns:
Weld Discontinuities
Undercutting (socavaciones)
Excessive melt-through
Incomplete fusion
Incomplete joint penetration
Porosity
Weld metal cracks
Heat affected zone cracks
MIG Welding Problems
Heavily oxidized weld deposit
Irregular wire feed
Burnback
Porosity
Unstable arc
Difficult arc starting

25. Soldadura TIG (Gas tungsten arc welding)
•
La soldadura se efectúa con un arco establecido
entre un electrodo no consumible de tungsteno y
la pieza soldada.
Toda la zona de soldadura se protege con un gas
inerte.
Se puede agregar material de aporte mediante una
barra adicional.
TIG produce soldaduras muy limpias sin escorias,
no necesitando limpieza.

26. Soldadura TIG
• Los gases protectores más utilizados son Argón y
helio.
• Produce soldaduras muy limpias, sin escoria; casi
no requiere limpieza.
• Tig puede soldar casi todos los metales: aceros al
carbono, aceros inoxidables, cobre y aleaciones de
cobre, aluminio y aleaciones de aluminio, magnesio
y aleaciones de magnesio, niquel y aleaciones de
niquel, titanio.
• Se usa mucho para soldar aluminio y acero
inoxidable, donde la integridad de la soldadura es
muy importante. Otro uso es el paso de soldadura
de la raiz en cañerías, donde se requiere muy alta
calidad.
• Se puede usar equipos de corriente continua o
alterna. Es usual utilizar corriente continua de
electrodo negativo (DCEN).
• Este proceso puede ser también automatizado

27. TIG Welding
Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) is frequently
referred to as TIG welding. TIG welding is a
commonly used high quality welding process. TIG
welding has become a popular choice of welding
processes when high quality, precision welding is
required.
In TIG welding an arc is formed between a
nonconsumable tungsten electrode and the metal
being welded. Gas is fed through the torch to
shield the electrode and molten weld pool. If filler
wire is used, it is added to the weld pool
separately.
TIG Welding Benefits
•Superior quality welds
•Welds can be made with or without filler metal
•Precise control of welding variables (heat)
•Free of spatter
•Low distortion

28. Soldadura de arco sumergido
•

29. Soldadura por arco sumergido

30. Soldadura por arco sumergido
• Submerged arc welding (SAW) is a high quality, very
high deposition rate welding process. Submerged arc
welding is a high deposition rate welding process
commonly used to join plate.
• Submerged Arc Welding Benefits
• Extremely high deposition rates possible
• High quality welds
• Easily automated
• Low operator skill required
• Common Submerged Arc Welding Concerns
• We can help optimize your welding process variables.
Evaluate your current welding parameters and
techniques. Help eliminate common welding problems
and discontinuities such as those listed below:
• Weld Discontinuities
• Cracks
• Porosity
• Slag
• Undercut (socavaciones)
• Submerged Arc Welding Problems
• Solidification Cracking
• Hydrogen Cracking
• Incomplete fusion
• Irregular wire feed
• Porosity

31. Submerged-arc Welding
Process features
Similar to MIG welding, SAW involves formation of an
arc between a continuously-fed bare wire electrode
and the workpiece.
The process uses a flux to generate protective gases
and slag, and to add alloying elements to the weld
pool. A shielding gas is not required. Prior to welding,
a thin layer of flux powder is placed on the workpiece
surface. The arc moves along the joint line and as it
does so, excess flux is recycled via a hopper.
Remaining fused slag layers can be easily removed
after welding.
As the arc is completely covered by the flux layer, heat
loss is extremely low. This produces a thermal
efficiency as high as 60% (compared with 25% for
manual metal arc). There is no visible arc light, welding
is spatter-free and there is no need for fume extraction.

32. Soldadura por plasma
• Plasma Welding
• Process characteristics
• Plasma welding is very similar to TIG as the arc is
formed between a pointed tungsten electrode( tungsten-
2%thoria) and the workpiece. However, by positioning
the electrode within the body of the torch, the plasma
arc can be separated from the shielding gas envelope.
Plasma is then forced through a fine-bore copper nozzle
which constricts the arc.
• The normal combination of gases is argon for the
plasma gas, with argon plus 2 to 5% hydrogen for the
shielding gas

33. • Plasma and shielding gases
• The normal combination of gases is argon for the plasma gas,
with argon plus 2 to 5% hydrogen for the shielding gas. Helium
can be used for plasma gas but because it is hotter this
reduces the current rating of the nozzle. Helium's lower mass
can also make the keyhole mode more difficult.
• Applications
– Microplasma welding
• Microplasma was traditionally used for welding thin sheets
(down to 0.1 mm thickness), and wire and mesh sections. The
needle-like stiff arc minimises arc wander and distortion.
Although the equivalent TIG arc is more diffuse, the newer
transistorised (TIG) power sources can produce a very stable
arc at low current levels.
– Medium current welding
• When used in the melt mode this is an alternative to
conventional TIG. The advantages are deeper penetration
(from higher plasma gas flow), and greater tolerance to
surface contamination including coatings (the electrode is
within the body of the torch). The major disadvantage lies in
the bulkiness of the torch, making manual welding more
difficult. In mechanised welding, greater attention must be paid
to maintenance of the torch to ensure consistent performance.
– Keyhole welding
• This has several advantages which can be exploited: deep
penetration and high welding speeds. Compared with the TIG
arc, it can penetrate plate thicknesses up to l0mm, but when
welding using a single pass technique, it is more usual to limit
the thickness to 6mm. The normal methods is to use the
keyhole mode with filler to ensure smooth weld bead profile
(with no undercut). For thicknesses up to 15mm, a vee joint
preparation is used with a 6mm root face. A two-pass
technique is employed and here, the first pass is autogenous
with the second pass being made in melt mode with filler wire
addition.

34. Soldadura por resistencia
• What Is Resistance Welding?
• Resistance welding is a process that
takes advantage of a workpiece's
inherent resistance to the flow of
electrical current. As current is passed
through the parts to be welded, the parts
resist the passage of the current, thus
generating the welding heat. A force is
simultaneously applied, and the parts are
joined together.
• Unlike other forms of welding, resistance
welding does not utilize additional
materials such as fluxes and filler rods.
The weld nugget is formed directly from
the base materials.

35. Soldadura por resistencia ( puntos y costura)
•

36. Soldadura por resistencia (por
puntos)
• Spot welding is a process typically
used in high-volume, rapid welding
applications, such as those found in
the automotive, appliance and
aerospace industries, to join sheet
metal up to 1/8 of an inch (3mm) in
thickness. The advantages of this
process are that it is not labor-
intensive and can easily be automated.
• In spot welding, the pieces to be
joined are clamped between two
electrodes under force, and an
electrical current is sent through them.
Resistance to the flow of current heats
the material. Pressure is
simultaneously applied to the joint,
forming a solidified nugget that
attaches the pieces.

37. Soldadura por resistencia ( por puntos)
• The Benefits of Spot Welding
• The advantages of spot welding are
many and include the fact that it is:
• An economical process
• Adaptable to a wide variety of
materials including low carbon
steel, coated steels, stainless steel,
aluminum, nickel, titanium, and
copper alloys
• Applicable to a variety of
thicknesses
• A process with short cycle times
• A robust process
• Tolerant to fit-up variations

38. Soldadura por resistencia ( costura)
• Seam Welding
• Seam welding is similar to spot welding except
that rotating wheel electrodes are used. The
process is used when leak-tight welds or long
strings of spot welds are required. Three forms of
seam welding exist: standard seam, mash seam,
and roll spot welding.
•
Seam welding is a variation of spot welding
that involves the making of a series of
overlapping spot welds by means of one or
two rotating wheel electrodes to form a
continuous, leak-tight seam.
• In standard seam welding, a series of overlapping
weld nuggets are formed by rotating the wheel
electrodes along the workpieces and firing a
continuous series of current pulses. This action
forms a continuous, leak-tight joint.
• In mash seam welding, there is a small overlap of
sheets, typically about one to two times the sheet
thickness. Sheets are then mashed together,
making a solid state joint. The resulting welded
joint is generally 110-150% of the original sheet
thickness. This final joint thickness can be
reduced by postweld planishing.
• In roll spot welding, the current pulses as wheels
traverse the workpieces to form a line of separate
spot welds (not a leak-tight scam).

39. Soldadura por rayo de electrones (electron beam)
•

40. Aspectos metalúrgicos de la soldadura del acero
• Zona fundida y solidificada
• El paso del electrodo funde material de aporte y
material de las piezas soldadas, formando una
pileta que solidifica por la extracción de calor.
• La solidificación nace a partir de los granos
parcialmente fundidos de las piezas soldadas. Los
granos crecen preferentemente con forma alargada
o columnar.
• El crecimiento se desarrolla con un mínimo de
sobreenfriamiento.
• Las velocidades macroscópicas de solidificación
mucho mayores que las encontradas en los
lingotes, por ej: 100 mm/min en TIG y 1000 mm/min
en soldadura don arco de electrones.
• Estas altas velocidades de solidificación están
asociadas a altos gradientes térmicos en la pileta
líquida (72°C/mm en TIG y 40°C/mm en arco
sumergido.
• En general el avance de la interfase sólido – líquido
es constante y no cambia mucho durante el
proceso.
• Al interior de la pileta líquida hay gran agitación
producida por efectos electromagnéticos.

41. Solidificación de la pileta de soldadura
•Como los granos de la soldadura crecen a partir de
los granos del metal base, los granos de la soldadura
tienen la misma oriantación cristalográfica de los
granos del metal base.
•Los granos crecen de forma columnar hacia el
interior de la pileta, casi sin zona equiaxial.
•Si la pileta tiene forma de lágrima, los granos
columnares se juntan en una línea central; si la pileta
tiene forma de elipse, los granos no se encuentran en
una línea central.

42. Solidificación en soldadura de acero
• La formación de la línea central en la pileta forma
de lágrima es dañina, porque allí se concentran
impurezas al final de la solidificación; se pueden
así formar films de material frágil, que no resistan
la contracción del enfriamiento y produzcan grietas
de solidificación.
• El centro del cordón soldado es lugar preferencial
para formar fisuras.
• La pileta en forma de lágrima se forma si la
velocidad de avance del arco es excesiva.

43. Formas de la ferrita
• La forma de la ferrita solidificada es
importante para la resistencia al
impacto o tenacidad de la ferrita. Se
puede distinguir ferrita: acicular,
Widmansttäten y masiva. La ferrita
acicular es más tenaz porque no
ofrece un camino fácil al avance de
una fisura; los electrodos buscan que
se produzca ferrita acicular y para
estos se utilizan aceros ricos en Mn.
• Los electrodos de soldadura al arco
de acero, que contienen 1,8% a 2% de
Mn producen aproximadamente 70%
de ferrita acicular; aquellos con 0,8%
de Mn producen solo 10% de ferrita
acicular

44. Formas de ferrita
•

45. Cordón de soldadura y zona térmicamente
afectada en acero 4340 soldado
Cordón
soldado
Martensita frágil

46. Cordón de soldadura y zona térmicamente
afectada en acero
C. Perlita esferoidizada D. Acero base ferrítico -
perlítico
Cordón de soldadura (A),
zona térmicamente afectada
(B, C,)
A. Cordón
soldadura
Martensi
ta
Bainit
a
Perlit
a
B. Zona Term.
Afectada

47. Diferentes zonas de una unión soldada

48. Microestructura de la zona soldada

49. Zona térmicamente afectada
Martensita
Bainita
Ferrita
Widmansttaten

50. Globulización de la perlita y crecimiento
del grano

51. Material base: acero ferrítico perlítico

52. Soldadura de aceros. zona afectada por
el calor (ZAT o HAZ en inglés)
• Las zonas vecinas a la soldadura sufren
calentamientos a altas temperaturas y
enfriamientos bruscos. El mayor riesgo es que se
forme martensita, microestructura dura y frágil.
• La martensita además es susceptible a absorber
hidrógeno, lo que produce grietas ( en frío); estas
grietas por hidrógeno pueden producirse horas
después de efectuada la soldadura.
• La tendencia a formar martensita aumenta si el %
de carbono aumenta, por esto la dificultad o riesgo
de la soldadura crece si aumenta el % de carbono.
• El riesgo de formación de grietas aumenta si hay
presencia de hidrógeno en la soldadura; éste
puede aparecer por humedad del aire, por grasas
presentes en la pieza soldada o por humedad de
los electrodos. Es necesario limpiar bien la
superficie de soldadura y secar los electrodos
antes de soldar.

53. Soldabilidad de los aceros
• Un riesgo importante para la calidad
de las soldaduras es la formaciòn de
fases duras y fràgiles (martensita) en
las zonas vecinas a la uniòn soldada;
porque sufren tratamiento tèrmico de
calentamienbto y enfriamiento brusco.
• Este riesgo crece cuando aumenta el
% de Carbono y los elementos de
aleaciòn.
• Las Normas ASTM 706 y 306 para
refuerzos de concretos definen un
concepto de “Carbono Equivalente”
(CE) :
• CE= %C + %Mn/6 + %Cu/40 + %Ni/20 -
%Mo/50 -%V/10
• Otra definiciòn usada en USA y
Europa:
• CE= %C + (%Mn + %Si)/6 + (%Cu +
%Ni)/15 + (%Cr + %Mo + %V)/5

54. Soldabilidad de aceros
• Una de las causas del agrietamiento en
soldaduras de acero està relacionada al
endurecimiento de la zona afectada
térmicamente (ZAT), la que depende del CE.
No ocurre agrietamiento si la ZAT es
mantenida con dureza bajo 37,5 Rc.
• Los aceros de bajo carbono (%C < 0,15)
pueden ser soldados por cualquier
procedimiento.
• Los aceros de contenido medio de carbono
0,15<%C<0,30 pueden ser soldados en
secciones de hasta 25 mm y en secciones
más gruesas requieren precauciones como
precalentamiento.
• Los anteriores, por causa de elementos de
aleación presentes, pueden tener CE entre
0,20 y 0,55; aceros en la parte superior de este
rango requieren precalentamiento en el rango
de 80 a 100ºC.
• Con CE superior a 0,55 no es recomendable
soldar y si es necesario hacerlo hay que tener
procedimientos especiales, previamente
aprobados.
• Aceros de aleación muy corrientes como AISI
4140 y 4340 tienen CE entre 0,55 y 1,20 no es
recomendable soldarlos.

55. Procesos de soldadura de metales
diferentes al acero al carbono
• Los siguientes procesos pueden ser utilizados
para soldar metales diferentes al acero al
carbono:
• Electrodo revestido: bronces, inconel, nickel,
acero inoxidable austenìtico
• TIG: aluminio, bronces, cobre, cupronickel, nickel,
Inconel, acero inoxidable austenìtico, titanio
• MIG: aluminio, bronces, cobre , cupronickel,
inconel, nickel, magnesio, acero inoxidable
austenítico, titanio
• Arco sumergido: acero inoxidable austenítico

56. Soldabilidad de diferentes metales

57. Soldabilidad de diferentes metales

58. Soldabilidad con diferentes procesos de
soldadura

59. Soldabilidad con diferentes procesos de
soldadura