TECNOLOGÍA MECÁNICA_Soldadura[1]
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Soldadura
ÍNDICE
Reseña histórica
Tecnologías de unión
Clasificación de los procesos de soldeo
Soldeo fuerte blando
Soldeo por fusión
Soldadura oxiacetilénica
Soldadura por arco eléctrico
Soldadura por electrodo
Electrodo
Atmósfera protegida
Electrodo revestido
Electrodo bajo el agua
Bajo gas protector con electrodo consumible
GMAW
Bajo gas activo
MAG
Bajo gas inerte
MIG
MIG-Brazing
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 1-0
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TIG
Soldadura Laser
Soldeo en estado sólido
Forja
Soldadura por resistencia eléctrica (ERW)
A frecuencia estandar
Por puntos
Por doble punto
Por empuje (simple punto)
Por resaltes o protuberancias
Por roldanas
A tope
Por chispa
Alta frecuencia
Soldadura por fricción
Imperfecciones de las uniones
Inspección de uniones soldadas
Riesgos laborales y prevención
Bibliografía
RESEÑA HISTÓRICA
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 1-1
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Aunque los metales han sido utilizados durante miles de años, nadie está seguro
de como se obtuvo el primer metal útil. Pudo ser a partir de restos de meteoritos o, más
probablemente, al calentar inadvertidamente minerales que contenían cobre,
obteniéndose una masa de cobre impuro que fácilmente podía conformarse.
Independientemente de su origen, la antigüedad del empleo de los metales ha sido
confirmada por los descubrimientos de diferentes piezas de bronce. Hachas, puntas de
lanza y ornamentos han sido extraídos de antiguos emplazamientos humanos y los
arqueólogos han podido demostrar que fueron fabricados y utilizados durante el período
que se conoce como Edad de Bronce.
El empleo que pudieron dar al metal descubierto, estuvo limitado por el hecho
de que la tecnología entonces disponible no ofrecía técnicas capaces de producir
grandes piezas totalmente de bronce. Esto no fue un gran problema para el caso de
hachas o dardos, utensilios a los que pudieron acoplar como mango, por diferentes
métodos, un material de buena tenacidad como la madera, pero el problema de
conseguir uniones aceptables metal a metal quedó sin resolver. Independientemente del
desarrollo de las técnicas de soldeo, la incapacidad de unir pequeñas piezas metálicas
entre sí para conseguir otras de mayor tamaño, o más complejas de forma, no fue
solucionada definitivamente hasta el siglo pasado. Fue la revolución industrial la que
incentivó la introducción a escala comercial de las técnicas de remachado, soldeo fuerte
y blando, soldeo por fusión, etc.
El soldeo por llama se desarrolló cuando fueron posibles el abastecimiento a
escala industrial de oxígeno, hidrógeno y acetileno a precios accesibles, se inventaron
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 1-2
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los sopletes adecuados y se desarrollaron las técnicas de almacenamiento de dichos
gases. En el año 1916 el soldeo oxiacetilénico era ya un proceso completamente
desarrollado capaz de producir soldaduras por fusión de calidad en chapas finas de
acero, aluminio y cobre desoxidado, existiendo sólo ligeras diferencias con los procesos
utilizados en la actualidad.
El arco eléctrico fue descubierto por Sir Humphrey Davy en 1.801, sin embargo
el descubrimiento permaneció durante muchos años como una mera curiosidad
científica.
Los primeros electrodos utilizados fueron alambres desnudos de hierro que
producían soldaduras débiles y frágiles. El arco, a menudo, sobrecalentaba el metal de
aportación y se fragilizaba el cordón de soldadura por reacción con el aire. Para evitar
estas dificultades se desarrollaron electrodos ligeramente recubiertos con diferentes
materiales orgánicos e inorgánicos, no obstante, éstos estuvieron dirigidos más a
establecer y estabilizar el arco que a conseguir la protección y purificación del cordón.
No fue hasta 1.912 que Strohmenger patentó en U.S.A. un electrodo fuertemente
recubierto, capaz de producir a escala industrial soldaduras con buenas propiedades
mecánicas. Estos primeros electrodos revestidos fueron aceptados lentamente por su
elevado coste.
A partir de 1.930 las aplicaciones del soldeo por arco crecieron rápidamente. En
este año se construye en Carolina del Sur un barco mercante totalmente soldado, que fue
el precursor de los miles de barcos soldados construidos durante la Segunda Guerra
Mundial. En la misma época los alemanes construyeron los acorazados de bolsillo
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utilizando el soldeo por arco, tres de los cuales fueron botados entre los años 1.931 y
1.934.
Sobre 1.935 se introduce el empleo de la corriente alterna, que frente a las
ventajas que ofrecía presentaba el inconveniente de producir un arco inestable,
problema que se solucionó desarrollando revestimientos que se ionizan con mayor
facilidad.
En 1.932 se empezó a utilizar como protección un fundente granulado que se
depositaba progresivamente por delante del electrodo. El calor del arco fundía y
descomponía el fundente produciendo la escoria y atmósfera protectora necesarias.
El empleo del fundente granular y alambre continuo como electrodo, dio lugar
en 1.935 al nacimiento del proceso denominado “arco sumergido”, cuyas principales
aplicaciones fueron en construcción naval y en la fabricación de tubería.
El primer proceso con protección gaseosa empleó u electrodo no consumible de
volframio y helio como gas de protección, recibió la denominación de TIG. El proceso
todavía se mejoró cuando se introdujo el empleo de la corriente alterna, a la que se
superpone una corriente de alta frecuencia y voltaje para mejorar la estabilidad del arco.
El TIG, que resolvió el problema del soldeo de los metales muy reactivos, no se
reveló útil a la hora de soldar secciones gruesas o aleaciones altamente conductoras del
calor. Para salvar este inconveniente, en 1.948 el electrodo de volframio se sustituyó por
un alambre continuo consumible, dando lugar a un nuevo proceso de soldeo por arco
que se denominó MIG.
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El elevado precio de los gases de protección, argón y helio, hizo que para el
soldeo del acero éstos se sustituyeran por un mezcla más económica formada por el gas
inerte, oxígeno y anhídrido carbónico, el cual se descompone y reacciona durante el
soldeo produciendo arcos más estables y más energéticos. Este nuevo proceso recibió el
nombre de MAG´y , por su bajo coste, fue rápidamente adoptado en la industria del
automóvil y en todas aquellas en las que las exigencias de calidad no fueran
excesivamente críticas.
El soldeo con electrodo revestido no pudo, en principio, ser mecanizado debido
a que el electrodo no podías enrollarse en una bobina para ser alimentado
continuamente, su recubrimiento se agrietaba y desprendía. El problema se resolvío en
1.958 cuando se desarrolló el “alambre tubular”. Consiste este alambre/electrodo en una
varilla metálica hueca en cuyo núcleo se aloja el fundente, que ofrece la ventaja de ser
fácilmente enrollable en una bobina y empleada en equipos con alimentación
automática. Este tipo de electrodo es utilizable con y sin gas de protección.
En la actualidad los desarrollos tecnológicos se centran en la aplicación de la
microelectrónica y de la informática, para un mejor control del arco y de los parámetros
de soldeo. Más que la aparición de nuevos procesos, se está consiguiendo la ampliación
del campo de aplicación de los ya existentes a nuevos materiales no metálicos y a
aleaciones metálicas hasta ahora difícilmente soldables, sin olvidar la mecanización,
automatización, robotización y control de los procesos mediante ensayos no
destructivos y registro de los parámetros en tiempo real.
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TECNOLOGÍAS DE UNIÓN
El soldeo es el proceso de unión por el que se establece la continuidad entre las
partes a unir con o sin calentamiento, con o sin aplicación de presión y con o sin
aportación de material.
Se denominará metal base al material que va a ser sometido a cualquier
operación de soldeo o corte y metal de aportación al material que se aporta en cualquier
operación o proceso de soldeo.
La distinción entre los términos soldeo y soldadura es la siguiente:
- Soldeo: se aplica a la serie de acciones conducentes a obtener
uniones soldadas o soldaduras, de otra forma se hablará de
soldadura.
- Soldadura: cuando nos referimos a la unión obtenida como
resultado de diferentes acciones de soldeo tales como procesos
de soldeo, parámetros de soldeo, equipos, etc.
Una soldadura puede ser homogénea o heterogénea:
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- Soldadura homogénea: se puede citar la obtenida al realizar el
soldeo de dos piezas de acero de composición similar sin utilizar
metal de aporte, o utilizando un metal de aporte de la misma
naturaleza que la de las piezas a unir.
- Soldadura heterogénea se puede citar la obtenida al realizar el
soldeo de dos piezas de fundición utilizando como metal de
aporte una aleación de níquel, o bien realizar el soldeo entre dos
piezas de distinto material utilizando como aporte otro material
diferente.
La unión por soldeo es la única que permite conseguir la continuidad en un
mismo plano, facilitándose la transmisión de tensiones entre las piezas unidas. Un
inconveniente de la unión soldada es que es más rígida que la atornillada y que la
remachada.
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CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE SOLDEO
· Soldeo por fusión.
· Soldeo en estado sólido.
· Soldeo fuerte y blando.
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Procesos de soldeo por fusión
Son aquellos en los que siempre se produce la fusión del metal base y la del de
aportación cuando éste se emplea. Es decir, siempre existe una fase líquida formada
sólo por metal base, o por metal base y de aportación.
Procesos de soldeo en estado sólido
Son aquellos en los que nunca se produce la fusión del metal base, ni la del de
aportación cuando éste se emplea. Es decir, nunca existe una fase líquida.
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Procesos de soldeo fuerte y blando
Son aquellos en los que siempre se produce la fusión del metal de aportación,
pero no la del metal base. Es decir, siempre existe una fase líquida formada sólo por
metal de aportación.
La diferencia entre soleo fuerte y soldeo blando reside en que en el soldeo fuerte
el metal de aportación funde por encima de 450ºC, mientras que en el soldeo blando el
material de aportación funde a 450ºC o a temperaturas inferiores.
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SOLDEO FUERTE Y BLANDO
1 PRINCIPIOS DE LOS PROCESOS
Descripción
El soldeo fuerte y el soldeo blando consisten en realizar uniones en las que el
material de aportación tiene menor punto de fusión (y distintas características químico-
físicas) que el material base, realizándose la unión soldada sin fusión del metal base y
mediante la fusión del material de aportación que se distribuye entre las superficies de la
unión, muy próximas entre sí, por acción capilar.
El soldeo fuerte se distingue del soldeo blando por la temperatura de fusión del
metal de aporte. El soldeo fuerte utiliza aportaciones con punto de fusión por encima de
450ºC y el soldeo blando por debajo de dicha temperatura.
Diferencias existentes entre el soldeo fuerte y blando y el soldeo por fusión:
Soldeo fuerte y blando
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El metal base no se funde.
Se utilizan fundentes para proteger y mejorar el mojado de los metales base.
El calor se suministra mediante resistencia, horno, inducción o soplete.
Se produce una unión sin deformación.
Las tensiones residuales, cuando se producen, son muy pequeñas.
El metal de aportación debe mojar el metal base y distribuirse por capilaridad.
Soldeo por fusión
El metal base funde.
Se pueden utilizar fundentes para proteger y mejorar la adhesión.
El calor se suministra por láser, haz de electrones, arco eléctrico, resistencia.
Se pueden producir grandes deformaciones en los metales base.
Se producen tensiones residuales.
El metal base y el de aportación se funden consiguiéndose la unión tras su
solidificación conjuntamente.
Aplicaciones, ventajas y limitaciones
Aplicaciones
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El soldeo fuerte y el soldeo blando tienen gran cantidad de aplicaciones, desde la
fabricación de juguetes hasta motores de aviones y vehículos espaciales. En general, se
utiliza para la unión de piezas de pequeño tamaño, piezas de diferentes materiales,
donde sería muy difícil utilizar un proceso de soldeo por fusión, y piezas de diseño
complicado que se pueden fabricar mediante soldeo fuerte ahorrando el coste elevado de
una pieza moldeada.
El soldeo fuerte se utiliza para soldeo de plaquitas de corte en las herramientas,
en diferentes partes de intercambiadores de calor, muchos componentes de automóviles,
bicicletas, depósitos de aceite, instrumentos, paneles tipo sandwich con lámina
intermedia en panal de abeja, uniones de materiales cerámicos a metálicos y piezas para
vehículos espaciales.
El soldeo blando se utiliza en componentes electrónicos, como circuitos
impresos o transistores, piezas ornamentales y piezas de intercambiadores de calor.
Ventajas
• Se pueden conservar los recubrimientos y plaqueados de los materiales base.
• Facilidad para obtener uniones sanas entre materiales diferentes, incluso
entre materiales metálicos y no metálicos (como no se funden los metales
base, no tiene importancia la diferencia existente entre sus temperaturas de
fusión o sus características) o entre materiales de diferente espesor. Se
pueden obtener uniones entre cobre y acero mediante soldeo fuerte con la
misma facilidad con que se sueldan por fusión dos piezas de acero. Sólo se
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requiere seleccionar un metal de aportación compatible con el cobre y el
acero.
• Se pueden obtener soldaduras en piezas de precisión.
• Con algunos procesos se pueden realizar soldaduras en muchas piezas al
mismo tiempo, por lo que resulta muy económico.
• Sólo se requieren bajas temperaturas, con el ahorro energético que ello
conlleva.
• La apariencia de la soldadura es muy buena.
• En general, la habilidad necesaria para realizar soldaduras fuertes o blandas
es más fácil de adquirir que la requerida para realizar soldaduras por fusión,
ya que la soldadura fuerte o blanda casi se realiza por sí sola distribuyéndose
por capilaridad con gran facilidad.
• Es un proceso fácilmente automatizable.
Limitaciones
La resistencia mecánica y la continuidad de las piezas obtenidas por soldeo
fuerte no es comparable con la obtenida con soldeo por fusión.
El diseño de las piezas, y en algunos casos su preparación, puede resultar más
complicado y costoso.
Resulta difícil o costosa su aplicación en el caso de piezas grandes.
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2 METAL DE APORTACIÓN
Metal de aportación es el metal que se añade cuando se realiza el soldeo fuerte o
soldeo blando.
Las características que debe cumplir el metal de aportación son:
• Capacidad de mojar al metal base.
• Apropiada temperatura de fusión (inferior a la del metal base) y buena
fluidez para permitir su distribución, por atracción capilar en las uniones.
• Ser capaz de producir una unión soldada que cumpla los requisitos de
resistencia mecánica y a la corrosión en estado normal de servicio.
Se utilizará cada metal de aportación para un rango de temperaturas
determinado, el rango de temperaturas depende de su composición química y está
limitado, inferiormente, por su temperatura de fusión. El metal de aportación debe
interaccionar con el metal base con el que se va a utilizar. Sin embargo no debe formar
ningún compuesto que disminuya de resistencia de la unión, por esta razón la elección
de un metal de aportación para cada metal base debe ser cuidadosa.
Los materiales de aportación se clasifican y se denominan por el metal o metales
principales en su aleación. Sin embargo, todos los metales de aportación de cada grupo
están constituidos por varios metales, por ejemplo: los metales de aporte del grupo plata
suelen ser aleaciones de plata, cobre, cadmio, cinc...
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(1) Estas temeraturas son una media aproximada entre las temperaturas de
soldeo de todos los materiales de aporte del grupo.
Cada material de aporte tiene su temperatura de soldeo:
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Metales de aportación para soldeo blando
Estaño-plomo: Es el metal de aportación más común.
Estaño-antimonio-plomo: Se adiciona antimonio porque mejora las propiedades
mecánicas del material de aportación.
Estaño-antimonio: Se utiliza donde es necesario evitar la contaminación por
plomo.
Estaño-plata: Se utiliza en instrumentos de trabajo delicados.
Estaño-cinc: Se utiliza para soldar aluminio.
Plomo-plata: Mejora la capacidad de mojado del plomo cuando éste es
empleado en el soldeo blando de acero, fundición o cobre.
Cadmio-plata: Se emplea en la unión de cobre y también, aunque menos, en la
soldadura aluminio-aluminio.
Cadmio-cinc: Se emplea en la unión de aluminio.
Cinc-cadmio: Se emplea en la unión de aluminio.
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Método de aplicación del metal de aportación
El metal de aportación puede aplicarse manualmente durante el soldeo en el
lugar de la unión, o puede ser presituado antes del trabajo.
Existen unas formas estándar de metales de aporte como pueden ser varillas,
rollos de alambre, polvos, láminas, arandelas... Dependiendo del diseño de la unión,
método de calentamiento y nivel de automatización se podrá utilizar una u otra. Cuando
se habla de producción masiva, el metal de aportación debe presituarse. Esta
presituación del metal de aportación asegura una cantidad uniforme de metal de
aportación en cada unión.
Si en una misma pieza se deben realizar varias uniones, primero se efectuará el
soldeo fuerte que utilice metal de aportación con mayor temperatura de fusión, la última
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operación de soldeo fuerte será aquella que utiliza el material de aportación con menor
temperatura de fusión. Esta práctica del soldeo fuerte se denomina “soldeo fuerte por
pasos”.
Cuando el soldeo se realiza con el fin de cerrar algún recipiente, durante el
soldeo el recipiente debe estar abierto, para que los gases que se produzcan puedan salir
y no creen ninguna sobrepresión.
FUNDENTES
El fundente tiene un papel primordial en el soldeo fuerte y blando.
Sus funciones principales son:
*Aislar el contacto del aire.
*Disolver y eliminar los óxidos que puedan formarse.
*Favorecer el “mojado”del metal base por el metal de aportación fundido,
consiguiendo que el metal de aportación pueda fluir y se distribuya en la unión
Se deposita el fundente sobre el metal base y se calienta hasta que se funde y
limpia la superficie de oxido, que queda protegida contra la oxidación por el fundente
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liquido Entonces, en un punto de la unión se funde la varilla de aportación que desplaza
al fundente fundido, porque la atracción entre el metal base y el metal de aportación es
varias veces superior a la del fundente y el metal base, el metal se distribuye entre los
metales base por capilaridad y, de esta forma , se produce la unión del metal de
aportación con el material base a solidificar el metal de aportación.
Cada fundente tiene un rango de temperaturas recomendado(temperaturas de
actividad) que deberá incluir la temperatura de soldeo del metal de aportación que se
utilice.
Los fundentes son mezclas de muchos compuestos químicos. Entre los que se
pueden citar están los boratos, fluoruros, bórax, ácido bórico, y los agentes mojantes.
Los fundentes se suelen suministrar en forma de polvo, pasta o liquido. El
fundente en polvo puede aplicarse en seco, o disolverse en agua o alcohol con lo que se
mejora su adherencia. El tipo de fundente más conocido es el fundente en pasta, el
liquido es el menos utilizado.
El fundente debe aplicarse después de la limpieza de las piezas mediante brocha,
espolvoreado en caso de polvo, o sumergida la pieza cuando es liquido. Si se calienta el
fundente a 50-60ºC se mejora el mojado.
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El fundente indica cuando se ha alcanzado la temperatura de soldeo del metal
base y hay que aplicar el metal de aportación, en muchos casos el fundente cuando se
funde, se vuelve transparente, indicando que ha llegado el momento de aplicar el metal
de aportación.
Una vez finalizado los procesos de soldeo fuerte o soldeo blando, los residuos
deben eliminarse para evitar la corrosión de las piezas.
Como la mayoría de los fundentes utilizados se disuelven en agua, el método
más fácil para retirar el fundente es mediante agua caliente(50ºC),la limpieza se facilita
si se sumerge la pieza en agua cundo todavía esta caliente y se este seguro que el metal
de aportación ha solidificado completamente. También se puede cepillar o eliminar
mecánicamente y mediante ultrasonidos.
Cuando se ha utilizado poca cantidad de fundente, o se han sobrecalentado las
piezas, el fundente queda sobresaturado con óxidos, volviéndose generalmente de color
verde negro, siendo difícil retirarlo. En este caso será necesario sumergir la pieza en un
ácido que actuará como decapante.
Una vez retirado el fundente se puede aplicar un tratamiento de decapado, para
eliminar los óxidos que se hayan podido formar durante el soldeo en las zonas no
protegidas por el fundente.
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ATMOSFERAS CONTROLADAS
Las atmósferas controladas se emplean para prevenir la formación de óxidos
durante el soldeo fuerte soldeo blando y en muchos casos, reducir la presencia de
óxidos, para que el metal de aportación pueda mojar y fluir mejor sobre el metal base
limpio.
El empleo mayoritario de atmósferas controladas es en hornos, aunque también
se utilizan en el soldeo por inducción y por resistencia. Cuando se utiliza atmósfera
controlada se suele prescindir de la limpieza postsoldeo, aunque si se emplea fundentes
será necesario realizar limpieza postsoldeo.
En uniones de alta calidad es siempre aconsejable la realización de la unión en
atmósfera controlada, ya que de esta forma se asegura la eliminación de óxidos en el
proceso
Se suelen emplear atmósferas de dióxido de carbono, monóxido de carbono,
hidrogeno y nitrógeno. Hay que tomar siempre precauciones en el empleo de ciertos
gases bien por ser tóxicos (CO,CO2), explosivos (H) o cualquier otro que pueda ser
dañino para el operario.
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También se emplean atmósferas de gases inertes en el soldeo de metales como el
titanio, acero inoxidable o circonio, incrementándose día a día la utilización del vacío
para cualquier metal.
DISEÑO DE LA UNION
La unión realizada por soldeo fuerte o blando típica tiene un área de contacto
entre materiales base relativamente grande, con una separación entre ellos muy
pequeña
Los tipos básicos utilizados son:
*A solape; son las que proporcionan más resistencia en la unión, presenta la
desventaja de incrementar el espesor de la unión
*A tope; no tiene, ni con mucho, la resistencia de la unión a solape y se emplea
cuando las condiciones de servicio no son muy severas.
*Con chaflán inclinado o escarpado; es una mezcla de las dos anteriores, sus
propiedades son intermedias. Presenta la desventaja en cuanto a preparación y
alineación.
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PREPARACION DE LAS PIEZAS ANTES DE SU SOLDEO
Limpieza
La limpieza y consecución de superficies libres de óxidos es un imperativo para
asegurar la unión sana y de calidad.
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La uniformidad en la atracción capilar se obtiene solo cuando la grasa, aceite y
suciedad han sido eliminadas tanto del metal base como del metal de aportación.
Algunos delos fundentes empleados tienen propiedades limpiadoras, pero no es esta su
función sino la eliminación de óxidos. Es recomendable que el soldeo fuerte o blando se
realice tan pronto como sea posible una vez que el material haya sido limpiado.
Los métodos de limpieza se suelen dividir en dos categorías químicos y
mecánicos, en los químicos se utilizan disolventes, ácidos o detergentes y entre los
mecánicos se emplean el esmerilado, limado, cepillado....Se utiliza también la limpieza
por ultrasonidos sumergiendo la pieza en un liquido limpiador. También se puede
realizar la limpieza por proyección de gases, líquidos o sólidos, el material que se
proyecte debe estar limpio y no debe dejar ningún depósito sobre el material a limpiar ni
dañar la superficie.
Recubrimiento de superficie
Algunas veces se realiza un recubrimiento de las superficies de las piezas con un
material que tenga mejores aptitudes para el soldeo blando que el metal base.
Las principales ventajas del recubrimientos son dos: el soldeo es más rápido y uniforme
y se evita el empleo de fundentes ácidos fuertes.
Este procedimiento es muy empleado en aquellos materiales que tienen una película de
oxido que se retira con dificultad, como aluminio, bronces de aluminio o aceros muy
aleados
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
TIPOS DE PROCESOS DE SOLDEO FUERTE Y SOLDEO BLANDO
* Soldeo fuerte y soldeo blando con soplete.
* Soldeo fuerte y soldeo blando en horno.
* Soldeo fuerte y soldeo blando por inducción.
* Soldeo fuerte y soldeo blando por resistencia.
* Soldeo fuerte y soldeo blando por inmersión.
* Soldeo fuerte y soldeo blando por infrarrojos.
* Soldeo fuerte y soldeo blando de cobre.
Soldeo por fusión
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Soldadura Oxiacetilénica
Se realiza llevando hasta la fusión los bordes de las piezas a soldar, por medio de
la llama que se produce en la combustión del acetileno, mezclado con el oxígeno.
Ambos gases se dosifican y se mezclan en un soldador, a cuya salida se inflaman para
producir la llama oxiacetilénica.
Mediante este tipo de soldadura, se pueden soldar distintos tipos de materiales
como el acero, cobre, latón, aluminio, magnesio, fundiciones y sus respectivas
aleaciones.
Equipo necesario
El equipo portátil moderno de soldadura oxiacetilénica está formado por:
• Botella de acetileno.
• Botella de oxígeno
• Manorreductores
• Mangueras
• Soplete soldador
• Elementos de protección personal
El acetileno
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Es el gas combustible, las materias primas para su fabricación son el carburo de
calcio y el agua.
El carburo de calcio es un cuerpo sólido con aspecto y dureza al de la piedra. Se
fabrica combinando carbono (coque) y cal en un horno eléctrico a 3000ºC .
El acetileno se obtiene por reacción del carburo con el agua, el gas que se
desprende es el acetileno y tiene un olor particular, que proviene de la presencia del
hidrógeno fosforado. Es un gas incoloro, más ligero que el aire y altamente inflamable.
Los aparatos donde tiene lugar la reacción del carburo de calcio con el agua son
los generadores de acetileno (gasógenos).
El acetileno es un gas muy inestable, hasta tal punto que en estado líquido se le
considera como explosivo y no debe de ser comprimido a una presión superior de 1.5
bar.
Las botellas de acetileno se cargan a una presión de 15 bar a 15 ºC .
¿Como conseguinos esto sin que el acetileno explote?
Pues bién, para su embotellado el acetileno se disuelve en acetona e
interiormente la botella está llena de una materia porosa compuesta por carbón vegetal,
Kieselguhr y amianto.
El ecetileno es envasado en botellas de acero estirado sin abolladuras, la parte
superior, llamada ojiva, se pinta en color marrón y lleva estampada la indicación:
"acetileno disuelto".
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Las botellas de tamaño normal contienen 4 metros cúbicos de acetileno y pueden
suministrar unos 1000 litos a la hora.
El oxígeno
Es un gas incoloro, inodoro e insípido y es el gas comburente, es decir, el gas
que contiene la sustancia oxidante que, al reaccionar con el gas combustible provoca la
combustión.
Se extrae del aire o del agua. Actualmente se extrae de aire atmosférico que lo
contiene en un 21%, mediante destilación fraccionada del aire líquido.
El agua lo contiene en un 89% y se extrae por electrólisis.
El oxígeno se comprime en botellas de paredes gruesas, se fabrican de acero
estirado sin soldaduras y se prueban a presión de 235 Kg./cm2, la presión de carga es de
150 Kg./cm2 a la temperatura de 20º C. Eixste muy poca diferencia de peso entre la
botella vacía y llena, debido a que el oxígeno pesa 1.38 Kg. (que volumen)
La ojiva se pinta de color blanco con las letras OX en negro. Además, tiene
indicado el nombre del fabricante, su dirección, año y número de fabricación, contenido
en litros de agua y presión de la primera prueba.
Los manorreductores
Son unos dispositivos que se instalan en los grifos de las botellas de oxígeno y
acetileno.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Su objetivo es suministrar gas a presión constante, sin depender de la progresiva
variación que existe en el interior de la botella a medida que se va vaciando.
Está compuesto por dos manómetros, uno de alta presión donde se puede leer la presión
que queda en la botella y, otro de baja presión, donde se observa la presiñon de
utilización. La regulación de la presión se realiza mediante la apertura y cierre de una
aguja obturadora, al automatismo de apertura y cierre está asegurado por una membrana
flexible y dos muelles.
A través de un tornillo de expansión se puede regular la presión de trabajo.
Proceso de reparaciñon de los manorreductores.
1.- Antes de instalar los manorreductores en las botellas, se debe de abrir un poco el
grifo para expulsar la posible suciedad que exista en el orificio de salida, con esta
operación se evita que los manoreductores se bloqueen, o que su funcionamiento no sea
el correcto.
2.- Para su instalación deberemos utilizar siempre la llave adecuada, sin forzar las
roscas.
3.- Conectar las mangueras a los manorreductores respetando siempre su color (azul o
negra para el oxígeno, roja para el acetileno).
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-30
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
4.- Abriremos los grifos de las botellas y giraremos un poco los tornillos de expansión
del acetileno y del oxígeno dejando salir los gases, para limpiar las mangueras de
cualquier suciedad que puedan tener en su interior.
5.- Cerraremos de nuevo el paso de los gases y conectaremos las mangueras e la entrada
del soplete respetando su posición. El oxígeno colocado al lado derecho está marcado
con las letras OX y rosca a derechas, el acetileno marcado con las letras AC, colocado al
lado izquierdo, a diferencias que una rosca convencional, este rosca a izquierdas.
6.- Una vez realizados todos los pasos, regularemos los manorreductores y
comprobaremos que no existen fugas, utilizando agua jabonosa en todos los puntos de
unión.
Los sopletes
Son los aparatos destinados a mezclar los gases oxígeno/acetileno para lograr su
perfecta combustión.
El soplete consta de dos entradas, una para el oxígeno, marcada con las siglas
OX, y otra para el acetileno, marcada con las siglas AC, con la peculiaridad de que esta,
a diferencia de las demás, rosca a izquierdas.
En la parte central se encuentra el dispositivo mezclador de los gases dentro del
cual y por medio de unas llaves, se regula la cantidad de cada uno para formar la mezcla
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-31
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
de salida. Esta mezcla fluye hasta la boquilla de salida a través de un tubo acodado
llamado lanza.
Existen dos tipos de sopletes, de baja presión y de alta presión.
Los de baja presión eran los utilizados antiguamente por los equipos que tenían
incorporados los generadores de acetileno.
Consta de dos tubos concéntricos, por el central que tenmina en forma de
inyector se conduce el oxígeno, que grea una aspiración en el otro (el del acetileno) ya
que si no el acetileno tendría dificultad para salir por si solo.
Los de alta presión carecen de inyector y en su lugar tienen una zona
denominada zona de mezcla, son los utilizados actualmente por los equipos de acetileno
embotellado.
Ambos modelos pueden utilizarse con el acetileno que viene embotellado, pero
si se trabaja a baja presión sólo pueden ser utilizados los sopletes equipados con
inyector.
Como medida de seguridad se conectarán entre el soplete y las botellas unas
valvulas de seguridad antirretorno, que en caso de retorno de la llama evitarán que esta
se introduzca en las mangueras.
Dichas valvulas constan de un tubo poroso, por el que se desplaza en su interior
un émbolo que en posición de reposo obstruye el paso del gas debido a la fuerza conla
que le empuja un muelle.
(Meter dibujo de valvulas de seguridad)
Cuando entra la presión del gas, el émbolo se desplaza y el gas pasa a través del
tubo.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
En caso de retorno de la llama, aumentará la presión en la parte del émbolo
donde se encuentra el muelle, reforzando la presión de éste y cerrando el paso del gas. A
la vez, al preducirse la inflamación del acetileno en el interior del soplete se producirá
una gran cantidad de hollín que obstruirá el tubo poroso, y por tanto el paso del gas.
Los sopletes están equipados con un juego de boquillas calibradas que se
identifican por la numeración que tienen marcada, siendo de mayor diámetro las de
mayor numeración. En la reparación de carrocerías se suele utilizar las boquillas del 0, 1
y 2 .
La llama oxiacetilénica.
La llama oxiacetilénica está formada por seis zonas diferentes:
1º Zona de mezcla.
Situada en el extremo del soplete.
Es la zona donde se origina la mezcla de acetileno y oxígeno.
2º Zona de dardo
Situada inmediatamente después de la boquilla del soplete.
Donde se mezclan los dos gases todavía sin arder, pero con temperaturas
próximas y susceptibles de crear llama.
3º Zona de combustión primaria
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Es donde se inicia la combustión y donde se produce la reacción química.
C2H2+O2 ⇔ 2CO+H2
Tiene un color amarillo muy intenso tirando a rojizo.
4º Zona reductora
Donde se alcanza la mayor temperatura y que tiene un color azul.
Temperatura máxima ≈ 3000ºC y 3200ºC
5º Zona de mezcla secundaria
Donde el aire circundante de la llama se mezcla con los productos y residuos de
la combustión.
Tiene un color rojizo.
6º Penacho o zona de combustión secundaria
Es una combustión producto de la mezcla que se ha producido antes.
Tiene un color amarillo.
Temperatura = 1200ºC
(Meter fotos del dardo de Mecanismos)
(Meter 5 hojas da varillas de aportación de mecanismos)
(Tres tipos de llama : Oxidante, etc. )
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Metales de aportación
Se denominan metales de aportación a los metales y eleaciones preparadas
especialmente para ser incorporados fundidos por el soplete a la zona de soldadura
(en el lenguaje de taller se les llama "alambres de soldar").
El metal de aportación se usa cuando:
Interesa rellenar y engrosar las juntas soldadas.
Interesa unir las dos piezas a soldar para compensar las pérdidas de un metal
de base durante la fusión de los bordes de los mismos.
Interesa aportar a la superficie de una pieza desgastada suficiente material
para restablecer las dimensiones primitivas e incluso mejorar sus cualidades
superficiales, como la resistencia a la corrosión, al desgaste etc.
Al seleccionar los metales de aportación se debe de tener en cuenta:
a) El mejor metal de aportación no es el que tiene idéntica constitución
que el metal base a soldar, ya que debido a las altas temperaturas de
soldadura la composición del metal de aportación se altera y es
preciso metal de aportación que compense dichas alteraciones.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-35
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
b) El exceso de un elemento determinado en la varilla aportadora, ha de
compensar, no solo las pérdidas de éste al soldar, en la varilla, sino
las pérdidas en al metal base.
c) El diámetro de la varilla de aportación se escoge de acuerdo con el
tipo de soldadura que se efectúe. Este valor oscila en mm entre e/2 y
e/2+1 siendo e el expesor de la pieza a soldar.
Características de los metales de aportación más empleados para soldar piezas
de algunos de los metales y aleaciones importantes.
Alambres de soldar usados para soldar aceros al C dulces.
La importancia del alambre de soldar es tanto más grande cuanto mayor sea el
espèsor de las chapas a soldar. Su composición es:
C 0.05 a 0.15 %
Mn 0.30 a 0.60 %
Si máximo 0.08 %
S máximo 0.03 %
P máximo 0.03 %
(seguir copiando de meceanismos)
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
¿Como apagar y encender el equipo?
Para encender el soplete, se deberá abrir primero el oxígeno y despues el acetileno.
En el proceso de apagado del mismo, se cerrará primero el acetileno y despues el
oxígeno.
El apagado se realizará de la siguiente forma:
1.- Cerrar los grifos de las botellas y dejar salir los gases abriendo las llaves de
regulación del soplete, hasta que los manómetros desciendan a cero.
2.- Aflojar los tornillos de espansión de los manorreductores y cerrar las llaves de
regulación del soplete.
SOLDADURA POR ARCO REVESTIDO (SMAW) Shielded Metal Arc Welding
Introducción
El sistema de soldadura por arco eléctrico es uno de los procesos por fusión
para unir piezas metálicas. Mediante la aplicación de un calor intenso, el metal en la
unión de dos piezas es fundido causando una mezcla de las dos partes fundidas entre sí,
o en la mayoría de los casos, junto con un aporte metálico fundido. Luego del
enfriamiento y solidificación del material fundido, se obtuvo mediante este sistema una
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-37
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
unión mecánicamente resistente. Por lo general, la resistencia a la tensión y a la rotura
del sector soldado es similar o mayor a la del metal base.
En este tipo de soldadura, el intenso calor necesario para fundir los metales es
producido por un arco eléctrico. Este se forma entre las piezas a soldar y el electrodo, el
cual es movido manualmente o mecánicamente a lo largo de la unión (puede darse el
caso de un electrodo estacionario o fijo y que el movimiento se le imprima a las piezas a
soldar). El electrodo puede ser de diversos tipos de materiales. Independientemente de
ello, el propósito es trasladar la corriente en forma puntual a la zona de soldadura y
mantener el arco eléctrico entre su punta y la pieza. El electrodo utilizado, según su tipo
de naturaleza, puede ser consumible, fundiéndose y aportando metal de aporte a la
unión. En otros casos, cuando el electrodo no se consume, el material de aporte deberá
ser adicionado por separado en forma de varilla.
En la gran mayoría de los casos en que se requiera hacer soldaduras en hierros,
aceros al carbono y aceros inoxidables, son de uso común los electrodos metálicos
recubiertos.
Equipo eléctrico básico para Soldadura por Arco
En la soldadura, la relación entre la tensión o voltaje aplicado y la corriente
circulante es de suma importancia. Se tienen dos tensiones. Una es la tensión en vacío
(sin soldar), la que normalmente está entre 70 a 80 Volt. La otra es la tensión bajo carga
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
(soldando), la cual puede poseer valores entre 15 a 40 Volt. Los valores de tensión y de
corriente variarán en función de la longitud del arco. A mayor distancia, menor
corriente y mayor tensión, y a menor distancia, mayor corriente con tensión más
reducida.
Circuito básico para soldar por arco eléctrico
El arco se produce cuando la corriente eléctrica entre los dos electrodos circula a
través de una columna de gas ionizado llamado “plasma”. La circulación de corriente se
produce cumpliendo el mismo principio que en los semiconductores, produciéndose una
corriente de electrones (cargas negativas) y una contracorriente de huecos (cargas
positivas). El “plasma” es una mezcla de átomos de gas neutros y excitados. En la
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
columna central del “plasma”, los electrones, iones y átomos se encuentran en un
movimiento acelerado, chocando entre sí en forma constante. La parte central de la
columna de “plasma” es la más caliente, ya que el movimiento es muy intenso. La parte
externa es mas fría, y está conformada por la recombinación de moléculas de gas que
fueron disociadas en la parte central de la columna.
Los primeros equipos para soldadura por arco eran del tipo de corriente
constante. Han sido utilizados durante mucho tiempo, y aún se utilizan para Soldadura
con Metal y Arco Protegido (SMAW siglas del inglés Shielded Metal Arc Welding), y en
Soldadura de Arco de Tungsteno con Gas (GTAW siglas del inglés Gas-Tungsten Arc
Welding), porque en estos procesos es muy importante tener una corriente estable.
Para lograr buenos resultados, es necesario disponer de un equipo de soldadura
que posea regulación de corriente, que sea capaz de controlar la potencia y que resulte
de un manejo sencillo y seguro. Podemos clasificar los equipos para soldadura por arco
en tres tipos básicos:
1. Equipo de Corriente Alterna (CA).
2. Equipo de Corriente Continua (CC).
3. Equipo de Corriente Alterna y Corriente Continua combinadas.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Ahora detallaremos uno por uno los equipos enunciados previamente.
1. Equipo de Corriente Alterna: Consisten en un transformador. Transforman la
tensión de red o de suministro (que es de 110 ó 220 Volt en líneas monofásicas, y de
380 Volt entre fases de alimentación trifásica) en una tensión menor con alta corriente.
Esto se realiza internamente, a través de un bobinado primario y otro secundario
devanados sobre un núcleo o reactor ferromagnético con entrehierro regulable.
2. Equipo de Corriente Continua: Se clasifican en dos tipos básicos: los
generadores y los rectificadores. En los generadores, la corriente se produce por la
rotación de una armadura (inducido) dentro de un campo eléctrico. Esta corriente
alterna trifásica inducida es captada por escobillas de carbón, rectificándola y
convirtiéndola en corriente Continua. Los rectificadores son equipos que poseen un
transformador y un puente rectificador de corriente a su salida.
3. Equipo de Corriente Alterna y Corriente Continua: Consisten en equipos
capaces de poder proporcionar tanto CA como CC. Estos equipos resultan útiles para
realizar todo tipo de soldaduras, pero en especial para las del tipo TIG ó GTAW.
Es importante en el momento de decidirse por un equipo de soldadura, tener en
cuenta una serie de factores importantes para su elección.
Uno de dichos factores es la corriente de salida máxima, la que estará ligada al
diámetro máximo de electrodo a utilizar. Con electrodos de poco diámetro, se requerirá
de menor amperaje (corriente) que con electrodos de mayor diámetro. Una vez elegido
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
el diámetro máximo de electrodo, se debe tener en cuenta el Ciclo de Trabajo para el
cual fue diseñado el equipo. Por ejemplo, un equipo que posee un ciclo de trabajo del 30
% nos está indicando que si se opera a máxima corriente, en un lapso de 10 minutos, el
mismo trabajará en forma Continua durante 3 minutos y deberá descansar los 7 minutos
restantes. En la industria, el ciclo de trabajo más habitual es de 60 %.
Esquema de un electrodo revestido en plena tarea
Ignorar el Ciclo de Trabajo, puede traer problemas de producción por excesivos
tiempos muertos o bien terminar dañando el equipo por sobrecalentamiento excesivo.
Se deberá tener en cuenta que al trabajar con bajas tensiones y muy altas
corrientes, todos los posibles falsos contactos que existan en el circuito, se traducirán en
calentamiento y pérdida de potencia. Para evitar dichos inconvenientes, se mencionan
posibles defectos a evitar, a saber:
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
1. Defectos en la conexión del cable del electrodo al equipo.
2. Sección del cable de electrodo demasiado pequeña, ocasionando
sobrecalentamiento del mismo.
3. Fallos en el conductor (roturas, envejecimiento, etc.).
4. Defectos en la conexión del cable del equipo al portaelectrodo.
5. Portaelectrodo defectuoso (falso contacto).
6. Falso contacto entre el portaelectrodo y el electrodo.
7. Sobrecalentamiento del electrodo.
8. Longitud incorrecta del arco.
9. Falso contacto entre las partes o piezas a soldar.
10. Conexión defectuosa entre la pinza de tierra y la pieza a soldar.
11. Sección del cable de tierra demasiado pequeña.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
12. Mala conexión del cable de tierra con el equipo.
Una vez analizados hasta aquí los aspectos eléctricos, veremos ahora las
características de los electrodos.
Medidas de los electrodos
La medida del electrodo a utilizar depende de los siguientes factores:
1. Espesor del material a soldar.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
2. Preparación de los bordes o filos de la unión a soldar.
3. La posición en que se encuentra la soldadura a efectuar (plana, vertical,
horizontal, sobre la cabeza).
4. La pericia que posea el soldador.
El amperaje a utilizar para realizar la soldadura dependerá de:
1. Tamaño del electrodo seleccionado.
2. El tipo de recubrimiento que el electrodo posea.
3. El tipo de equipo de soldadura utilizado (CA; CC directa e inversa).
Los electrodos están clasificados en base a las propiedades mecánicas del tipo de
metal que conformará la soldadura (figura anterior; denominado como núcleo de
alambre), del tipo de cobertura o revestimiento que posea, de la posición en que el
mismo deba ser utilizado y del tipo de corriente que se le aplicará al mismo. Las
especificaciones requieren que el diámetro del núcleo de alambre no deberá variar en
más de 0,05 mm de su diámetro, y el recubrimiento deberá ser concéntrico con el
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-45
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
diámetro del alambre central. Durante años, el sistema de identificación fue utilizar
puntos de colores cerca de la zona de amarre al portaelectrodo (zona sin recubrimiento).
En la actualidad, algunas especificaciones requieren de un número clasificatorio
o código, el que se imprime sobre el revestimiento la cobertura, cerca del final del
electrodo.
Electrodos con identificación de colores y códigos impresos
A pesar de ello, el código de colores se encuentra aún en uso en electrodos de
poco diámetro, en los que no permite imprimir códigos por no tener el espacio
suficiente, o en electrodos extrudados con alta velocidad de producción. Todos los
electrodos para hierro, acero al carbono y acero aleado son clasificados con un número
de 4 ó de 5 dígitos, antepuestos por la letra E. Los dos primeros números indican la
resistencia al estiramiento mínima del metal depositado en miles de psi (del inglés
Pound per Square Inch; libra por pulgada cuadrada). El tercer dígito indica la posición
en la cual el electrodo es capaz de realizar soldaduras satisfactorias:
(1) Cubre todas las posiciones posibles.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
(2) Para posiciones Plana y Horizontal únicamente.
El último dígito indica el tipo de corriente que debe usarse y el tipo de cobertura.
Todos estos datos los detallamos en la tablas siguientes, junto con estos ejemplos.
Por ejemplo, un electrodo identificado con E7018 nos está indicando una
resistencia al estiramiento de 70.000 psi mínimo, capaz de poderse utilizar en todas las
posiciones de soldadura con CC (corriente positiva) ó CA, teniendo una cobertura
compuesta de polvo de hierro y bajo hidrógeno. En el caso de números identificatorios
de cinco cifras, daremos el ejemplo de E11018, en el cual los tres primeros números
indican la resistencia al estiramiento mínima, que en este caso es de 110.000 psi.
Se puede tener una terminación compuesta de una letra y un número (por
ejemplo A1; B2; C3; etc.), la cual indica aproximadamente el contenido de la aleación
del acero depositado mediante el proceso de soldadura. La forma de clasificar los
electrodos es la norma AWS A5.1. Esta norma utiliza medidas inglesas. La norma CSA
W48-1M 1980 utiliza como medidas el sistema internacional SI. Por lo tanto, la
resistencia a la tracción en el sistema CSA se expresa en kiloPascales (kPa) o
megaPascales (MPa). En el caso del electrodo E7024, la resistencia a la tracción de
70.000 psi equivale a 480.000 kPa ó 480 MPa. Con la especificación CSA, el E7024 se
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
expresa como E48024. En ambos casos, las características del electrodo deberán ser las
mismas. La diferencia en la nomenclatura responde a distintos tipos de unidades entre
las normas AWS y CSA.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Se puede comprobar en la práctica que la cobertura del electrodo para soldadura
por arco posee una gran influencia sobre los resultados obtenidos. El tercero y el cuarto
dígito en una designación de electrodos de cuatro números (el cuarto y el quinto en una
de cinco números) le informa al soldador experimentado sobre las características de uso.
Las funciones de la cobertura de un electrodo son las siguientes, a saber:
• Proveer una máscara de gases de combustión que sirvan de protección al metal
fundido para que no reaccione con el oxígeno y el nitrógeno del aire.
• Proveer un pasaje de iones para conducir corriente eléctrica desde la punta del
electrodo a la pieza, ayudando al mantenimiento del arco
.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Proveer material fundente para la limpieza de la superficie metálica a soldar,
eliminando a los óxidos en forma de escorias que serán removidas una vez
terminada la soldadura.
• Controlar el perfil de la soldadura, en especial en las soldaduras de filete o
esquineras.
• Controlar la rapidez con que el aporte del electrodo se funde.
• Controlar las propiedades de penetración del arco eléctrico.
• Proveer material de aporte, el cual se adiciona al que se aporta del núcleo del
electrodo.
• Adicionar materiales de aleación en caso que se requiera una composición
química determinada.
Algunos de los componentes de la cobertura del electrodo que producen vapores
o gases de protección bajo la acción del calor del arco eléctrico son materiales
celulósicos, como algodón de celulosa o madera en polvo. Los gases producidos son
dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrógeno y vapor de agua.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Los componentes de la cobertura que tienen por finalidad evitar los óxidos en la
soldadura son el manganeso, el aluminio y el silicio.
Las coberturas son aprovechadas para incluir elementos en aleación con el
material de aporte o de relleno. De hecho, el polvo de hierro es muy utilizado en las
coberturas de los electrodos para soldadura por arco. Dando otro ejemplo, la
cobertura de un electrodo puede ser el proveedor de metales tales como manganeso,
cromo, níquel y molibdeno, los que una vez fundidos y mezclados con el alma de
acero del electrodo forman una aleación durante el proceso de soldadura.
Debido a las composiciones químicas que los electrodos poseen en su superfice,
pueden absorver humedad del ambiente. Por dicho motivo, es recomendable
almacenar los mismos en lugares secos, libres de humedad. Igualmente, existen
hornos eléctricos para el secado previo de los electrodos, para asegurarse de esta
forma que las condiciones del aporte son las óptimas.
Comenzando a soldar
Antes de iniciar el arco eléctrico, se debe conocer que sucederá en la punta del
electrodo. Se generará una temperatura en el orden de los 3.300 y 5.550 °C entre el
electrodo y la pieza a soldar. El “flux” o fundente del revestimiento se calentará
transformándose en sales fundidas y en vapor. Estas protegerán al metal fundido de la
acción de la atmósfera. De allí el nombre de SMAW proveniente de las siglas en inglés,
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
ya explicado al comienzo de este capítulo. El gas de protección generado evita la acción
de los gases de la atmósfera sobre la soldadura, los que habitualmente causarían
incorporación de hidrógeno y porosidad entre otros defectos. Una vez que el metal
fundido se solidificó, la escoria también lo hará formando una cascarilla por encima de
la soldadura. Esta se podrá retirar con la ayuda de un pequeño martillo con sus
terminaciones en punta llamado piqueta.
Se deberá tener muy en cuenta lo siguiente. Donde se apunte o apoye la varilla
de soldadura es donde irá el metal fundido. El calor junto con el metal fundido saldrán
del electrodo dirigidos hacia la pieza en forma de “spray”. Por ello, el electrodo se
deberá dirigir donde se desea aportar metal, manteniendo a su vez el arco.
La soldadura con arco protegido (SMAW) es un tipo de soldadura de uso muy
común. Si bien no resulta difícil de ejecutar, requiere de mucha paciencia y práctica
para poder adquirir la pericia necesaria. En una gran parte, los resultados obtenidos
dependerán de la habilidad del soldador para controlar y llevar a cabo el proceso de
soldadura. La calidad de una soldadura, además, dependerá de los conocimientos que
este posea. La pericia solo se obtiene con la práctica. Hay seis factores importantes a
tener en cuenta. Los dos primeros están relacionados con la posición y la protección del
operario, y los cuatro restantes con el proceso de soldadura en sí. Los mismos están
detallamos a continuación :
• Posición correcta para ejecutar la soldadura.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Protección facial (se debe usar máscara o casco).
• Longitud del arco eléctrico.
• Angulo del electrodo respecto a la pieza.
• Velocidad de avance.
• Corriente eléctrica aplicada (amperaje).
Cuando se menciona que el soldador esté en la posición correcta, nos referimos
a que se deberá estar en una posición estable y cómoda, preferentemente de pie y con
libertad de movimientos. La metodología indica que los pasos correctos a seguir a
manera de práctica son los siguientes:
1. Colocar el electrodo en el portaelectrodo.
2. Tomar el mango portaelectrodo con la mano derecha en una posición
cómoda.
3. Sujetarse la muñeca derecha con la mano izquierda.
4. Apoyar el codo izquierdo sobre el banco de soldadura.
5. Alinear el electrodo con el metal a soldar.
6. Usar el codo izquierdo como pivote y practicar el movimiento del electrodo a
lo largo de la unión a soldar
.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-53
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Posición del soldador en el banco de trabajo
Cuando se menciona que el soldador deberá tener protección facial, nos
referimos al uso de máscara o casco con lentes protectores.
El mismo deberá cubrir perfectamente la cara y los ojos.
Existen infinidad de modelos, sin embargo, para poder disponer de las dos
manos en el proceso de soldadura, resultan ideales los cascos abisagrados, los que
pueden colocarse en su posición baja con un ligero cabeceo, lo que permite no alterar la
posición del electrodo (de las manos) ante la pieza, previo al inicio de la soldadura.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-54
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Máscara para soldar
Ahora definiremos los cuatro factores impotantes que dijimos antes:
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Longitud del arco eléctrico: es la distancia entre la punta del electrodo y la pieza
de metal a soldar. Se deberá mantener una distancia correcta y lo mas constante
posible.
• Angulo del electrodo respecto a la pieza: El electrodo se deberá mantener en un
ángulo determinado respecto al plano de la soldadura. Este ángulo quedará
definido según el tipo de costura a realizar, por las características del electrodo y
por el tipo de material a soldar.
• Velocidad de avance: Para obtener una costura pareja, se deberá procurar una
velocidad de avance constante y correcta. Si la velocidad es excesiva, la costura
quedará muy débil, y si es muy lenta, se cargará demasiado material de aporte.
• Corriente eléctrica: Este factor es un indicador directo de la temperatura que se
producirá en el arco eléctrico. A mayor corriente, mayor temperatura. Si no es
aplicada la corriente apropiada, se trabajará fuera de temperatura. Si no se
alcanza la temperatura ideal (por debajo), el aspecto de la costura puede ser
bueno pero con falta de penetración. En cambio, si se trabaja con una corriente
demasiado elevada, provocará una temperatura superior a la óptima de trabajo,
produciendo una costura deficiente con porosidad, grietas y salpicaduras de
metal fundido.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Para formar el arco eléctrico entre la punta del electrodo y la pieza se utilizan
dos métodos, el de raspado o rayado y el de golpeado.
El de rayado consiste en raspar el electrodo contra la pieza metálica ya
conectada al potencial eléctrico del equipo de soldadura (pinza de tierra conectada). El
método de golpeado es, como lo indica su denominación, dar golpes suaves con la
punta del electrodo sobre la pieza en sentido vertical. En ambos casos, se formará el
arco cuando al bajar el electrodo contra la pieza, se produzca un destello lumínico. Una
vez conseguido el arco, deberá alejarse el electrodo de la pieza unos 6 mm para así
poder mantenerlo. Luego disminuir la distancia a 3 mm (distancia correcta para soldar)
y realizar la soldadura. Si el electrodo no se aleja lo suficiente, se fundirá con la pieza,
quedando pegado a ella.
Ahora explicaremos como realizar costuras, ya que resultan básicas e
imprescindibles en la mayor parte de las operaciones de soldadura. Los pasos a seguir
son los siguientes:
1. Ubicar firmemente las piezas a soldar en la posición correcta.
2. Tener a mano varios electrodos para soldar. Colocar uno en el
portaelectrodo.
3. Colocarse la ropa y el equipo de protección.
4. Regular el amperaje correcto en el equipo de soldadura y encenderlo.
5. Ubicarse en la posición de soldadura correcta e inicie el arco.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
6. Mover el electrodo en una dirección manteniendo el ángulo y la distancia a la
pieza.
7. Se notará que conforme avance la soldadura, el electrodo se irá
consumiendo, acortándose su longitud. Para compensarlo, se deberá ir bajando en
forma paulatina la mano que sostenga el portaelectrodo, manteniendo la distancia a la
pieza.
8. Tratar de mantener una velocidad de traslación uniforme. Si se avanza muy
rápido, se tendrá una soldadura estrecha. Si se avanza muy lento, se depositará
demasiado material.
Resulta imprescindible realizar la máxima práctica posible sobre las técnicas de
costuras o cordones. Una forma de autoevaluar si se consiguió tener un dominio del
sistema de soldadura es realizar costuras paralelas sobre una chapa metálica. Si se
logran costuras rectas que conserven el paralelismo sin realizar trazados previos sobre la
chapa, se puede decir que ya se ha conseguido un avance apreciable sobre este tema. Se
debe tener un total dominio de las costuras paralelas para poder realizar trabajos de
relleno (almohadillado) y/o reconstrucción.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Ilustración esquemática de cordones y costuras paralelas
Cuando se aporta metal aplicando el sistema de arco protegido, resulta común
querer realizar una soldadura más ancha que un simple cordón (sólo movimiento de
traslación del electrodo). Para ello, se le agrega al movimiento de avance del electrodo
(movimiento de traslación) un movimiento lateral (movimiento oscilatorio). Existen
varios tipos de oscilaciones laterales. Cualquiera sea el movimiento elegido o aplicado,
deberá ser uniforme para conseguir con ello una costura cerrada, y así facilitar el
desprendimiento de la escoria una vez finalizada la soldadura.
Cuatro movimientos clásicos. De ellos, el más común es el marcado con la letra
A, aunque los movimientos C y D resultan más efectivos para realizar soldaduras en
metales de mayor espesor.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Movimientos del electrodo para realizar una costura
Abajo varias pruebas de soldadura realizadas con distintas corrientes y
velocidades de avance. En ella, podemos clasificar a las soldaduras de la siguiente
manera, a saber:
A. Costura correcta con amperaje y velocidad adecuados.
B. Costura aceptable con amperaje muy bajo.
C. Costura deficiente por amperaje muy elevado.
D. Costura aceptable con amperaje muy bajo, ocasionando demasiado aporte
metálico.
E. Costura deficiente con corriente inadecuada.
F. Costura correcta con muy poca velocidad de avance. Observar que la costura
está muy ancha y muy alta.
G. Costura deficiente con corriente adecuada pero con velocidad de avance muy
elevada.
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Pruebas de costuras (The Lincoln Electric Co.)
Ahora decribiremos las técnicas de rellenado (almohadillado) o reconstrucción.
Es importante tener un dominio de las técnicas explicadas hasta aquí porque el relleno y
reconstrucción requiere de capas sucesivas de soldadura. Para que el trabajo quede bien
realizado, se deberá procurar evitar poros en las costuras en donde pueden quedar
atrapados restos de escoria de la capa anterior.
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Etapas de relleno o reconstrucción con soldadura por arco
Esta técnica se utiliza en el relleno o reconstrucción de partes gastadas (ejes,
vástagos, pistones, etc.). Se van sumando capas sucesivas de soldadura hasta llegar a la
altura de relleno necesaria. Las capas entre sí deberán estar rotadas 90°, y de esta forma
se logra una superficie más lisa y se limita la posibilidad de que queden poros en la capa
de relleno. Cuando se realiza el relleno en las cercanías de los bordes de la pieza, el
aporte de soldadura tiende a “derramarse”. Para evitar este efecto, se utilizan como
límites placas de cobre o grafito sujetas al borde a rellenar. La placa puesta como límite
no interviene ni se funde por los efectos del calor producido en el proceso de soldadura.
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Forma de limitar el relleno de soldadura
Este método resulta de suma utilidad para lograr bordes de relleno rectos,
ahorrando bastante trabajo de mecanizado posterior.
Uniones básicas con arco protegido (SMAW)
Las uniones típicas en soldadura metálica con arco protegido son cinco:
A) la unión a tope
B) la unión en T
C) la traslapada
D) la unión en escuadra
E) la de canto.
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Ilustraciones sobre los cinco tipo de uniones para SMAW
Además, existen cuatro posiciones diferentes para realizarlas. Estas son la plana,
la vertical, la horizontal, y sobre la cabeza.
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Ilustraciones de los cuatro posiciones básicas y sus variantes intermedias
A la soldadura que se deposita en una unión en T se la llama soldadura de filete.
También frecuentemente, se le da este nombre a la unión.
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Diseños de uniones habituales en soldadura
Hay dos clases de soldadura de filete de este tipo, la horizontal y la plana.
Ambas son de uso frecuente en la industria.
Siempre que sea posible se colocan las piezas a soldar de tal forma que queden
en posición plana. En esta posición se puede soldar con más rapidez ya que así se
pueden utilizar electrodos de mayor diámetro y trabajar con corrientes más elevadas.
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Denominación de los tipos de soldadura
Los pasos a seguir para realizar una soldadura de filete horizontal son:
1. Ubicar las piezas para efectuar una unión en T o una unión traslapada.
2. Preparar el equipo para soldar (electrodos, elementos de seguridad,
vestimenta, regulación de corriente, etc.).
3. Sostener el electrodo de forma tal que apunte hacia la esquina de la unión a
un ángulo de 45° con respecto a la placa horizontal.
4. El electrodo se debe inclinar de 15° a 20° en la dirección del
movimiento
5. Soldar a lo largo de toda la unión.
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6. Observar con atención si el cordón está muy alto o socavado.
Aumentar la velocidad o cambiar el ángulo del electrodo para corregir, de
existir, los posibles defectos.
Angulos de los electrodos para soldadura de filete
Fuera de las soldaduras efectuadas en las posiciones plana y horizontal, las que
se deban ejecutar en otra posición (vertical y sobre la cabeza) resultarán bastante más
complicadas de realizar si no se experimenta y practica. Siempre que se pueda, tratar de
ubicar las piezas en posición plana. De no ser esto posible, se deberá soldar en la
posición en que las piezas se encuentren.
Para soldar verticalmente, se deberá experimentar con práctica intensiva para
que la fuerza de gravedad no haga caer o derramar el metal fundido. Teniendo en cuenta
esto y sabiendo como ya dijimos que la punta del electrodo empuja, se deberá poner éste
en un ángulo ligeramente negativo respecto a la horizontal. Si la soldadura a realizar es
vertical ascendente, el electrodo se moverá hacia arriba, alejándolo y acercándolo de la
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pieza cada 10 o 15 mm de recorrido. Esto se realiza para permitir que el metal fundido
se solidifique.
Si la soldadura a realizar es vertical descendente, resulta más fácil de controlar
que la ascendente, ya que el efecto de “spray” del electrodo mantiene al material
fundido en posición. En este caso, se observa menor penetración que en la soldadura
vertical ascendente. Por este motivo, este tipo de soldadura no es la más recomendable
para uso industrial.
Cuando se suelda en la posición de cabeza, se debe aplicar la misma
metodología que en la soldadura vertical ascendente. Resultará necesario realizar la
soldadura en varias etapas, para evitar que se eleve demasiado la temperatura del
conjunto y permitiendo que el metal de aporte se solidifique.
Soldadura de arco con corriente continua (CC)
Cuando se realizan las soldaduras con corriente alterna (CA), no se tiene
polaridad definida de ninguno de los dos electrodos. En cambio, al realizarla con
corriente continua (CC), existe un sentido único de circulación de corriente y los efectos
de la polaridad sobre la soldadura son muy evidentes. Por lo general, la polaridad que se
adopta en CC es la inversa, la cual polariza al electrodo positivamente (+) respecto a la
pieza. Con esta polaridad, el electrodo toma más temperatura que la pieza, el arco
comienza más prontamente, y permite utilizar menor amperaje y un arco más corto. Con
la polarización inversa se tiene menor penetración que con la polarización directa. La
polarización directa polariza negativamente el electrodo respecto a la pieza. Se utiliza
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sólo para algunos procesos particulares. Existen algunos electrodos que pueden ser
utilizados en CC con polarización directa o inversa indistintamente (llamados CA/CC),
mientras que otros son aptos solo para corriente continua directa.
Polaridades posibles en la soldadura por arco en corriente continua:
Polaridades en la soldadura por arco con CC
Electrodos aptos para ser usados con CC, y para que metal son aplicables:
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Indicaciones sobre las condiciones de trabajo para efectuar soldaduras de
diversos materiales mediante arco protegido:
Aceros al carbono. Por lo general resultan difíciles de soldar por arco las
láminas de acero, ya que por tener poco espesor, suelen perforarse o quemarse:
• Soldar con valores de corriente bajos. Intentar con una corriente de 60 a 75
Ampere con electrodo de Ø 3 mm ó con una corriente de 40 a 60 Ampere con Ø
2,5 mm.
• Mantener un arco corto (poca distancia entre la punta del electrodo y la pieza).
Esto permite lograr el calor necesario para fundir el material de aporte con el de
base sin excesos.
• Realizar puntos de soldadura para evitar quemar o perforar el material. Esto
ayudará, además, a evitar deformaciones u ondulaciones por exceso de
temperatura.
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• Usar pinzas de anclaje, sargentos o elementos de fijación de gran superficie,
permitiendo esta característica aumentar la disipación de temperatura de todo el
conjunto y evitando así un “shock” térmico que pueda producir mayores
deformaciones sobre el material a soldar.
• Si todo esto falla, utilizar tiras de cobre como respaldo de la soldadura a realizar.
La soldadura no se adherirá a las tiras o placas de cobre, las que podrán ser
removidas una vez que la costura se haya enfriado.
Para soldar con el sistema de arco protegido el acero aleado (refiriéndonos a los
aceros aleados con cromo-molibdeno), se emplea una metodología similar a la utilizada
con el acero al carbono. Por lo general, las costuras y los cordones realizados sobre
acero aleado son propensos al agrietamiento cuando se enfrían. Esto se debe a la
estructura granular que poseen los cristales de este acero. Indicaciones para obtener
buenos resultados en la soldadura por arco protegido (SMAW) del acero aleado 4130
utilizando corriente alterna (CA) para su ejecución:
• Cuanto más grande sea la pieza, más importante deberá ser el precalentamiento
que reciba la misma previo al trabajo de soldadura. Siempre se debe tratar de
soldar a una temperatura no inferior a 20 ºC, y además, se debe precalentar la
zona afectada a la soldadura a una temperatura entre 90 y 150 ºC . �Precalentar
la pieza con un soplete de oxiacetileno o, si el tamaño de la misma lo permite,
precalentar en horno eléctrico.
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• Utilizar siempre electrodos E7018 para efectuar la soldadura de acero aleado
tipo 4130.
• Asegúrese de que la superficie a soldar esté limpia y libre de óxido, pintura y
grasa. De descuidar este aspecto, se producirá sin lugar a dudas una soldadura
defectuosa.
• De ser posible por los espesores que la pieza posea, desbastar los bordes de la
unión a soldar formando una V (llamada unión en V). Esto favorecerá a la
penetración de la soldadura.
Aunque no resulte común su empleo, es posible efectuar soldaduras por arco en
todo tipo de aluminio (laminado, trefilado o fundido) mediante el empleo de corriente
continua. El aspecto de la soldadura una vez realizada es rugosa comparada con las
costuras realizadas sobre acero con este mismo sistema. Como en la soldadura de acero
aleado, resulta indispensable el precalentado de la pieza entre 150 y 200 ºC previo a la
soldadura. Los electrodos a utilizar deberán ser especiales para realizar este tipo de
tarea. La resistencia obtenida en las soldaduras hechas por arco es de apenas un 50% de
la obtenida con los sistemas de arco de tungsteno protegido por gas (TIG).
Para efectuar soldaduras en acero inoxidable, no existe en particular ningún
problema, y la metodología a emplear es similar a la utilizada en los procesos para
aceros al carbono y aceros aleados. Las costuras obtenidas se verán con un buen aspecto
siempre y cuando no tengan ningún contacto con la atmósfera. Por lo general, el revés
de la soldadura aparece ennegrecida y rugosa. Este aspecto puede ser evitado mediante
el uso de “flux” o fundente en pasta para que la soldadura no tenga contacto con el
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oxígeno de la atmósfera. Los mejores procesos para soldar acero inoxidable son el TIG
y el MIG, pero cuando no se dispone de los equipos mencionados para su realización, se
pueden hacer buenos trabajos mediante la soldadura por arco protegido de corriente
alterna (CA). En este caso, no es necesario realizar precalentamiento sobre la zona a
soldar.
Para efectuar soldaduras en hierro fundido o de colada, existen problemas para
evitar las fisuras despues de la realización de la soldadura. La razón de ello es la gran
rigidez que posee el material. Cuando se desea realizar una soldadura en una pieza de
hierro fundido, se calienta un área pequeña, provocando su expansión. El área que no
toma temperatura con el proceso de soldadura resiste dicha expansión, pero
desafortunadamente, al enfriarse la zona de trabajo, pierde la batalla ya que el material
es más resistente en compresión que en expansión.
Por lo detallado, el área menos caliente (la que no recibe calentamiento directo
por efecto de la soldadura) es la que se fisura. Por ello, resulta indispensable precalentar
la pieza a soldar para de esta forma evitar fisuras en zonas cercanas a la soldadura. La
temperatura deberá estar por encima de los 200 ºC (no sobrepasar los 650ºC). Los
electrodos a utilizar deberán ser los especificados para fundición.
Según la American Welding Society, la codificación para los electrodos a utilizar
es Est y ENI-CI. A pesar de ello y sólo a modo de comentario, el método de “Brazing”
resulta mejor para ser aplicado en la soldadura de hierro colado o fundido, pero no se
realiza mediante los sistemas de soldadura por arco, sino que se realiza por
calentamiento a gas combustionado con oxígeno (oxiacetileno) o en horno.
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Soldadura bajo el agua
Una buena soldadura bajo el agua tiene gran importancia para el
mantenimiento de los buques mercantes y de guerra y la reducción de sus costes
de explotación.
Hasta hace relativamente poco, muchas sociedades de clasificación
consideraban la soldadura bajo el agua como una solución provisional hasta que se
pudiera poner el buque en dique seco y repetir el procedimiento utilizando métodos
y electrodos homologados y personal especializado.
Hubo una compañía británica llamada Hydroweld que inventó los electrodos
FS para soldadura en húmedo, que aseguraban una soldadura bajo el agua de
calidad comparable a la realizada en seco.
Esos electrodos pueden funcionar en cualquier posición, bajo agua dulce o
salada y a profundidades hasta de 100 metros. Están homologados por el Ministerio
de Defensa (DoD) británico para reparaciones permanentes de buques de guerra e
incluídos en el sistema de códigos de la Organización del Tratado del Atlántico Norte
(OTAN). Ya los utilizan todas las principales compañías de reparaciones de buques
bajo el agua y se han convertido en el estándar de la industria para todas las
soldaduras de acero al carbono o al carbono/manganeso, de acuerdo con las
normas internacionales.
En 1996 Hydroweld comenzó a colaborar con The Welding Institute (TWI)
para ofrecer cursos de soldadura en los que se concede el título oficial de soldador
bajo el agua. Este título es ya indispensable para ingresar en muchas compañías de
clasificación o en astilleros. El curso se imparte actualmente en el Reino Unido,
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Tailandia y Canadá y ofrece a los estudiantes o a las empresas la oportunidad de
obtener el título de soldador de acuerdo con la norma D3.6 de la American Welding
Society (AWS) en módulos de 10 días, con gran flexibilidad. TWI es una institución
de prestigio internacional que cuenta con equipos de diversas especialidades
capaces de resolver los más avanzados problemas técnicos en el campo de la
soldadura. Además TWI participa desde hace más de 25 años en varios proyectos
de investigación de soldadura bajo el agua para la industria marítima y offshore, lo
que le convierte en uno de los primeros centros mundiales de esta tecnología.
Estas investigaciones se refieren a soldadura por arco, el hidrógeno en la
soldadura bajo el agua y nuevos electrodos a base de hierro y níquel para
soldadura manual por arco metálico (MMA).
La ventaja de la soldadura por fricción es que se puede automatizar todo el
proceso para soldar a grandes profundidades. Pero TWI investiga otras muchas
técnicas, como la soldadura en compartimentos estancos y en cámara
hiperbárica. La primera se realiza al aire, con una estructura rígida de acero que
contiene los soldadores y se une a un lado de la estructura a soldar, aunque está
conectada a la atmósfera. La hiperbárica se lleva a cabo en una cámara estanca
instalada alrededor de la estructura, rellena de gas (generalmente helio con un 0,5
por 100 de oxígeno) a la presión atmosférica.
Ejemplo de un recorte de prensa sobre pruebas realizadas por "The Welding
Institute" de Cambridge :
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TWI es uno de los mayores organismos de investigación y tecnología de Europa.
Está situado cerca de Cambridge y cuenta con una plantilla de más de 400 personas.
Actualmente tiene más de 7.000 miembros distribuídos en más de 70 países. El Instituto
ofrece a la industria soporte técnico en todas las técnicas de soldadura, corte y
similares, con servicios que incluyen la investigación y desarrollo por contrato,
difusión de información técnica, consulta y asesoría, formación y homologación en
todas las técnicas de unión de cualquier tipo de materiales.
La Royal Navy había utilizado el procedimiento de soldadura bajo el agua como
solución provisional, pero si ahora se admite como solución permanente, se podría
evitar poner los buques en el dique seco, una operación larga y costosa.
TWI ha participado también en pruebas de soldadura a tope bajo el agua, con el
fin de demostrar al Ministerio de Defensa la posibilidad de reparar los buques de
guerra sin ponerlos en dique.
Esta prueba ha consistido en situar una gran chapa simulada sobre el costado
de un buque que había sufrido daños. La chapa se colocó en uno de los tanques de
soldadura situados bajo el agua. Después se simuló el proceso de corte mediante dos
técnicas, la lanza térmica (un proceso más rápido pero que deja unos bordes muy
pronunciados) y la soldadura por arco, más lento pero más fino.
Bajo el agua se preparó una plantilla de la zona a reparar, se cortó y se situó
sobre el lugar oportuno mediante cuatro tornillos provisionales. Después se realizó la
soldadura durante varias horas. Una vez realizada, se dividió en secciones que se
inspeccionaron radiológica, mecánica y metalúrgicamente en los laboratorios de TWI.
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La confidencialidad de que disfrutan todos los clientes del Instituto impide la
publicación de los resultados.
Soldadura bajo gas protector con electrodo consumible GMAW (Gas Metal
Arc Welding)
SOLDADURA MAG
Descripción
Vamos a utilizar este proceso de soldadura MAG también para explicar las
similitudes y diferencias con el equipo de soldadura MIG.
Es un proceso de soldadura al arco eléctrico de corriente continua, que utiliza
como electrodo un hilo aportado de forma contínua.
El gas protege el baño de fusión de la acción del oxígeno del aire.
El hilo de aportación que hace las veces de electrodo va siendo aportado por la
máquina de soldar de forma automática a la zona del arco.
Puede tener problemas para soldar al aire libre porque las ráfagas de aire pueden
barrer el gas protector dejando sin proteger la zona que se está soldando.
Pero para esto existe un hilo tubular que lleva por dentro la protección, pero la
soldadura no queda de la misma calidad.
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Elementos que componen el equipo
Fuente de energía
Consta de un transformador y un rectificador.
Regulada la máquina en una tensión determinada, ésta permanece constante
independientemente de la intensidad con la que se está soldando.
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La intensidad de soldadura viene determinada por la velocidad de alimentación
del hilo.
Caja de alimentación del hilo
En la caja se encuentran ubicadas:
• La bobina de hilo.
• El motor de arrastre y los rodillos.
• La electrovávula de paso de gas.
• Los elementos de control de mando y regulación de los parámetros de
soldadura:
a) Control de intensdad.
b) Control de alimentación del hilo.
c) Temporizador: tiempo de soldadura y tiempo de enfriamiento.
Botella de gas protector
El color de la ojiva de la botella indica el gas contenido.
En este caso se utilizarán gases activos como puedan ser CO2 u Oxígeno o una
mezcla de estos con un gas inerte (mezcla con Argón).
Tipo de gas Soldadura MAG
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Anhídrido carbónico
Argón - Anhídrido carbónico
Argón - Oxígeno
Argón - Anhídrido carbónico - Oxígeno
Manorreductor y caudalímetro
Permiten la regulación de la presión del gas para suministrar el caudal adecuado.
En condiciones normales el caudal de gas debe de ser aproximadamente 10
veces el diámetro del hilo.
Por ejemplo para un hilo de 0.8 mm sería :
Caudal = d hilo x 10
Caudal = 0.8 mm. x 10 = 8 litros/minuto
Pistola de soldadura
En la pistola se encuentran alojadas dos boquillas y un pulsador.
La boquilla exterior canaliza el gas de protección y la interior proporciona el
contacto eléctrico necesario a la punta del hilo para realizar el arco.
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La boquilla de gas debe limpiarse periódicamente para evitar la formación de
turbulencias de gas.
Con el accionamiento del pulsador se da paso a la corriente a la boquilla interior
y se pone en funcionamiento el sistema de alimentación de hilo, abriéndose la
electroválvula de salida de gas.
Manguera
A través de la manguera discurre el hilo, la corriente de soldadura y el gas
protector.
En las operaciones de soldadura la manguera no debe enrollarse en exceso, para
evitar interrupciones en la alimentación de hilo.
Pinza de masa
Es conveniente conectar la pinza de masa lo más cerca posible de la zona de
soldadura.
Parámetros de la soldadura
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Tensión
La tensión del arco de soldadura se regula mediante el
conmutador de la fuente de energía.
Una vez seleccionada la tensión y sin variar el conmutador, ésta
puede aumentar o disminuir alejando o acercando la pistola del
material base.
Intensidad
Para una posición constante del conmutador de tensión y para una
altura siempre igual entre la boquilla y la chapa, la intensidad
depende fundamentalmente de la alimentación de hilo.
Para una misma tensión y una alimentación de hilo constante, si
alejamos la boquilla disminuye la intensidad. Al acercar la boquilla,
la intensidad aumenta.
Diámetro del hilo
Los diámetros de hilo más utilizados en la chapa fina de acero son
0.6 y 0.8 mm. Aunque en la realidad se suele utilizar 0.6 mm.
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La penetración de la soldadura está en relación don el espesor de
la chapa y le diámetro del hilo.
Un hilo de diámetro mayor necesita, para su fusión, una potencia
más elevada. La penetración será excesiva y habrá posibilidad de
hacer agujeros grandes.
Gas protector
El gas más empleado es el CO2 (gas activo) y mezcla de éste con
otros gases inertes.
Los que mejor resultado dan en la soldadura de chapa fina son las
mezclas de:
Argón + CO2
Argón + CO2 + O2
El porcentaje CO2 de la mezcla oscila entre el 12 % y el 25 %,
mientras que los porcentajes de O2 oscilan entre el 1 % y el 5 %.
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La presencia de oxígeno en la mezcla disminuye la tensión
superficial del baño de fusión y mejora el aspecto de la soldadura.
El CO2 puro se emplea para la soldadura de aceros
ordinarios.
La elección del gas en la soldadura es muy importante ya que
influye en:
• Forma del cordón.
• Penetración.
• Tendencia a salpicaduras.
• Aspecto de la soldadura.
Características de la soldadura de chapa fina de acero con
los distintos gases:
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El objeto del gas es el de formar uan campana protectora del baño de
fusión contra la aciión del oxígeno y nitrógeno del aire.
El caudal de gas a emplar depende de las condiciones de soldadura. Pero
en condiciones normales será 10 veces el diámetro del hilo en mm.
Caudal = d hilo x 10
Un caudal de gas pobre provocará una cobertura incompleta.
Un caudal de gas excesivo provoca turbulencia con inclusión de aire en
el baño de soldadura.
Autorregulación
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Es un sistema que incorporan los equipos de soldadura MAG,
para compensar las variaciones en la altura de soldadaura
ocasionadas por el soldador.
Gracias a esta capacidad de autorregulación, un soldador experto
puede obtener muchas ventajas y extraer un máximo de rendimiento
a la máquina y a su trabajo.
Para pequeñas variaciones de la altura de soldadura, velocidad del
hilo y tensión, la máquina se autorregula se la siguiente manera:
• Variaciones en la altura de soldadura
Con tensión y alimentación de hilo constante un aumento
en la distancia libre del hilo o altura de soldadura provoca un
alargamiento del arco y una disminución de la intensidad de
corriente.
Esta disminución de intensidad provoca una falta de fusión
de hilo, pero, como el hilo se sigue aportando, el arco se verá
acortado, volviendo de este modo a las condiciones iniciales.
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El resultado de la soldadura es independiente de pequeñas
variaciones de la altura de la boquilla, pero no para
variaciones importantes.
• Variaciones de la velocidad de alimentación del hilo
Suponiendo que, sin variar ningún otro parámetro, se
aumenta la velocidad de hilo, se producirá un acortamiento del
arco y un aumento en la intensidad de soldadura. En ese
momento, se verá compensada la mayor aportación de
material a unir con un aumento de la energía de fusión.
De la misma manera, una disminución de la alimentación
del hilo provoca un alargamiento del arco y una caída de la
intensidad. La menor cantidad de material aportado queda
compensada con una menor energía de fusión.
• Variaciones de la tensión
Si se aumenta la tensión, sin modificación alguna de las
demás condiciones de trabajo, la intensidad aumenta y la
energía total aportada por la máquina es mayor.
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Como la alimentación de hilo es la misma, se producirá la
fusión de una mayor cantidad de hilo y el arco se alargará
disminuyendo la intensidad y volviendo al estado de
equilibrio.
En esta nueva situación, el soldeo se efectúa con una
mayor tensión, pero no con una mayor intensidad, con lo que
se demuestra que ES LA ALIMENTACIÓN DEL HILO LA
RESPONSABLE LAS VARIACIONES DE INTENSIDAD.
Si con esta nueva tensión incrementamos la velocidad de
hilo, la intensidad aumenta, obteniéndose de esta forma una
energía total del proceso mayor que al principio.
Dirección de la soldadura
La soldadura " a derechas", o soldadura de arrastre, produce cordones
estrechos, abultados y gran penetración.
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La soldadura "a izquierdas", o estática, produce cordones anchos planos y
con una penetración menor.
Las características de la soldadura estática son las más apropiadas para la
soldadura de chapa fina de acero.
El ángulo de inclinación de la boquilla oscila entre 70º y 80º respecto a la
superficie de las piezas.
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Soldadura interrumpida
Es una soldadura a intervalos, que se utiliza para reducir el calor aportado
a la chapa.
Una vez ajustados los tiempos de soldadura y de enfriamiento, la
máquina suelda automáticamente con los intervalos margados, sin necesidad de
soltar el gatillo de la pistola.
Es un tipo de soldadura muy útil en la confección de cordones contínuos
en uniones a tope de chapa fina.
Soldadura de puntos a tapón
En la soldadura por puntos de dos chapas en las que la chapa superior es
taladrada y soldada en el orificio de la chapa inferior.
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Un agujero de diámetro entre 5 y 6 mm. es el apropiado en uniones de
chapa de carrocerías.
Soldadura de punto calado
Es la soldadura de dos chapas sin un taladro previo.
El problema es que para la realización de este tipo de soldadura es necesaria una
aportación importante de calor, por lo que para uniones de elementos de carrocería no es
aconsejable.
Conclusiones
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Seguridad en las operaciones de soldadura MAG
Mantener el equipo en perfectas condiciones de aislamiento y
mantenimiento.
El soldador debe protegerse contra salpicaduras y radiaciones con
guantes, peto y polainas de cuero.
Utilizar pantalla protectora envolvente que cubra la cara, el cuello y las
orejas. El factor de protección del cristal inactínico no debe ser inferior al
nº 10.
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La zona de soldadura debe estar suficientemente ventilada para evitar la
acumulación de los gases tóxicos producidos en la soldadura y los gases
de protección.
La soldadura sobre chapas impregnadas en disolventes clorados produce
gases altamente tóxicos.
En el caso que se esté soldando la carrocería de un vehículo, proteger los
interiores con mantas ignífugas.
Tener a mano siempre un extintor.
SOLDADURA MIG
Descripción histórica
En la década de 1940 se otorgó una patente a un proceso que alimentaba
electrodo de alambre en forma contínua para realizar soldadura con arco protegido por
gas. Este resultó el principio del proceso MIG (siglas del inglés de Metal Inert Gas), que
ahora posee la nomenclatura AWS y CSA de soldadura con gas y arco metálico GMAW
(siglas del ingles de Gas Metal Arc Welding). Este tipo de soldadura se ha
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perfeccionado desde sus comienzos. En algunos casos se utilizan electrodos desnudos y
protección por gas, y en otros casos se utilizan electrodos recubiertos con fundentes,
similares a los utilizados en los procesos de arco protegido convencionales. Existe como
otra alternativa, electrodos huecos con núcleo de fundente. Para algunos procesos
particulares, se pueden combinar el uso de electrodos con fundente (recubiertos o
huecos) juntamente con gas protector. En este sistema se reemplaza el Argón (utilizado
en el proceso TIG) por Dióxido de Carbono (CO2). El electrodo es alimentado en forma
continua desde el centro de la pistola para soldadura. En este momento, este proceso de
soldadura, a nivel industrial, es uno de los más importantes.
Equipo básico
El equipamiento básico para GMAW consta de:
+ Equipo para soldadura por arco con sus cables.
+Suministro de gas inerte para la protección de la soldadura con sus respectivas
mangueras.
+ Mecanismo de alimentación automática de electrodo continuo.
+ Electrodo continuo.
+ Pistola o antorcha para soldadura, con sus mangueras y cables.
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Esquema básico de un equipo para soldadura MIG
La principal ventaja de este sistema radica en la rapidez. Raramente, con el
sistema MIG, sea necesario detener el proceso de soldadura como ocurre con el sistema
de arco protegido y TIG.
Otras de las ventajas son: la limpieza lograda en la soldadura (la mayor de todos
los sistemas de soldadura por arco), la gran velocidad y, en caso de trabajar con
electrodo desnudo, la ausencia total de escoria.
Funcionamiento en la zona del arco
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Cuando los investigadores estudiaron en que forma se transferiría el metal sobre
la pieza a través de un arco eléctrico en un proceso MIG o GMAW, descubrieron tres
formas en que la misma se realizaba. Estas son la transferencia por inmersión o
cortocircuito, la globular, y en determinadas circunstancias la transferencia por
aspersión.
La transferencia por inmersión o cortocircuito se produce cuando sin haberse
producido arco, al tocar el electrodo con la pieza, se queda pegado produciéndose un
cortocircuito. Por dicho motivo, la corriente se incrementará lo suficiente para fundir el
electrodo, quedando una pequeña porción del mismo en el material a soldar.
En la transferencia globular, las gotas de metal fundido se transfieren a través
del arco por efecto de su propio peso. Es decir que el electrodo se funde y las pequeñas
gotas caen a la zona de soldadura. Por lo detallado, es de suponer que esta forma de
depósito no nos resultará muy útil cuando se desee realizar soldaduras en posiciones
diferentes a la plana y horizontal.
La diferencia que existe entre la deposición globular y la transferencia por
aspersión radica en el tamaño de las partículas metálicas fundidas que se depositan.
Cuando se incrementa la corriente, la forma de transferencia de metal cambia de
globular a aspersión. Esto se debe a que los glóbulos son mucho más pequeños y
frecuentes, y en la práctica permite guiarlos e impulsarlos con el arco eléctrico.
En la transferencia por aspersión, se utiliza como gas protector un gas inerte
puro o con una mínima proporción de oxígeno. Esto favorecerá a la conducción de la
corriente eléctrica utilizada en el proceso.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-97
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Debido a las altas corrientes necesarias para lograr la transferencia, en particular
con los depósitos globulares y por aspersión, el metal de aporte se vuelve muy líquido,
resultando difícil controlar el correcto depósito en soldaduras fuera de posición.
Ilustración de los efectos producidos en una soldadura MIG
La pistola se posicionará sobre la zona a soldar con un ángulo similar al que se
emplearía con un electrodo revestido de soldadura por arco protegido. La distancia a la
que deberá quedar la pistola de la superficie a soldar deberá ser la misma que la del
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-98
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
diámetro de la boquilla de la pistola. El electrodo deberá sobresalir de la boquilla
aproximadamente unos 6 milímetros. Este se alimentará en forma continua desde un
rollo externo, o bien desde uno ubicado en la misma pistola .
En las pistolas con alimentación externa, están las de empuje y las de tracción
(Pistolas B y C). En las de empuje, el electrodo es empujado desde el alimentador y la
pistola solo posiciona al mismo a través de sus sistemas de guiado interno, dentro de la
misma. En las de tracción, varían respecto a las anteriores en que el avance del
electrodo se logra por el traccionamiento de un mecanismo interno en la pistola.
En las pistolas con alimentación interna, el principio de funcionamiento es
similar al de las pistolas por tracción, con la salvedad de que el electrodo continuo se
encuentra dentro de la misma carcasa de la pistola. Este tipo de mecanismo resulta de
utilidad para soldar en lugares reducidos en los que no se puede trasladar todo el equipo
(Pistola A).
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-99
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Tipos de pistolas para soldadura MIG
Además de lo hasta aquí dicho respecto a las pistolas, se deberá proveer a las
mismas de gas protector, de corriente eléctrica y de agua para refrigeración (en el caso
en que el sistema posea dicha posibilidad).
Independientemente del sistema de transporte de electrodo (empuje o tracción),
el mismo pasa por la parte interna de la pistola.
Este consta de un sistema de guía aislada seguida de un contacto metálico que
además de funcionar de guía, le proporcionará corriente continua al electrodo.
El gas de protección, en caso que se utilice, fluirá por fuera del sistema de guía.
Este, como en todos los otros casos en que se ha utilizado, cumple la función de evitar
la contaminación del metal interviniente en la soldadura, ya sea el de aporte o el de
base. De él dependerá en gran medida la calidad obtenida en la soldadura. Por lo
general, el gas utilizado es el Dióxido de Carbono (CO2), aunque se pueden utilizar el
Argón, el Helio o una mezcla de ellos para aplicaciones específicas o particulares. Se
debe poseer para la provisión de gas con flujo contínuo un sistema llamado
“fluxómetro”, el cual administra el caudal de gas provisto a la pistola según un valor
fijado por el operador en forma previa, y lo mantiene constante durante el transcurso de
la operación. Este “fluxómetro” es el mismo equipo que se utiliza en los sistemas TIG ó
SMAW.
(meter formulas de CESVIMAP del caudal de gas necesario)
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-100
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Detalle del sistema de guiado del electrodo (por fuera de éste pasará el gas de
protección).
Ahora vamos a ver la soldadura desde el punto de vista físico- químico: Al
generarse el arco, se eleva la temperatura y funde el material de aporte (electrodo
consumible) conjuntamente con el metal base. Esto se transforma en una masa
incandescente (metal fundido). Dicha masa está compuesta por partículas desprendidas
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-101
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
del mismo electrodo, las cuales son transferidas al metal a soldar en las tres formas
posibles descritas anteriormente (inmersión o cortocircuito, globular y aspersión). Dicha
inclusión o transferencia se hará bajo un gas protector, el cual puede ser por la
combustión del recubrimiento (en caso de utilizar electrodo recubierto), o por la
insuflación de gas protector (CO2). En la medida que la masa pierde temperatura, la
masa metálica se va solidificando. Si se utilizó electrodo recubierto, además del metal,
se formará un residuo sólido de escoria sobre la costura realizada, el cual cumple la
función de proteger la soldadura hasta que la misma se enfríe. Luego de ello, este
residuo deberá ser retirado mecánica o químicamente.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-102
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Proceso de fusión en la soldadura MIG
El dibujo se ve un electrodo generalizado, el que puede ser macizo desnudo o
recubierto, o hueco con fundente. No se ha dibujado el sistema de boquilla o tobera de
salida de gas protector, el cual estaría por fuera del sistema de guía del electrodo.
Tabla de contenidos metálicos de los electrodos según la clasificación de la American
Welding Society (AWS). Análisis efectuado sobre el material aportado en la soldadura.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-103
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
La letra T de los códigos AWS indica electrodo recubierto. Si en lugar de la T
hubiese una letra S, nos estaría indicando que se trata de electrodo desnudo.
La cantidad y tipo de escoria producida dependerá en mayor medida de la
clasificación o codificación del electrodo. La generación de poca cantidad de escoria
estará asociada a electrodos ideados para realizar soldaduras verticales o sobre la
cabeza, como también para producir costuras o cordones a muy alta velocidad.
Comenzando a soldar
Una vez detallados los aspectos fundamentales del proceso MIG, trataremos de
producir buenas soldaduras. Ante todo, se deberán poseer los elementos de seguridad
necesarios, tanto para la seguridad del operario como para extinguir cualquier posible
foco de incendio en el local de trabajo. Este sistema genera muchas chispas y humo, por
lo que será indispensable contar con buena ventilación y mantener alejado todo tipo de
material combustible de la zona de trabajo. El operario, además de usar el casco con
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-104
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
lentes de protección, deberá tener el cuerpo cubierto y protegido con ropas apropiadas
abotonadas hasta el cuello.
Los equipos para soldadura MIG poseen regulaciones de velocidad de avance de
electrodo, de temperatura (mediante ajuste de tensión y corriente) y de fluído de gas
protector. Dichas variables deberán ser ensayadas y tenidas en cuenta para realizar el
ajuste del equipo, previo al trabajo de soldadura. Esos ajustes variarán sustancialmente
según el tipo de labor a realizar (material, espesor, aporte, posición, etc.).
Pasos a seguir para soldar con MIG:
(meter recomendaciones de CESVIMAP)
1. Encender el sistema de refrigeración (si se dispone).
2. Regular la velocidad de avance del electrodo.
3. Oprimir el gatillo de la pistola hasta que sobresalgan 6 mm de electrodo de la
boquilla. En caso de sobrepasar dicha medida, cortar el excedente con un alicate.
4. Abrir el cilindro de gas protector.
5. Oprimir el gatillo de la pistola para purgar el aire de las mangueras y ajustar
el fluxómetro al valor deseado.
6. Graduar el voltaje del equipo, corriente, etc. según el tipo y espesor de metal
a unir.
7. Utilizar el método de rayado o raspado para iniciar el arco.
8. Para extinguir el arco, separar la pistola del metal o bien soltar y volver a
pulsar el gatillo.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-105
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
9. Si el electrodo se pega al metal, soltar el gatillo y cortar el electrodo con
alicate.
10. Si se desea realizar un cordón o una costura, se deberá calentar el metal
formando una zona incandescente, y luego mover la pistola a lo largo de la unión a una
velocidad uniforme para producir una soldadura lisa y pareja.
11. Mantener el electrodo en el borde delantero de la zona de metal fundido,
conforme al avance de la soldadura.
12. El ángulo que forme la pistola con la vertical es muy importante. Este
deberá ser de no más de 5° a 10°. De no ser así, el gas no protegerá la zona de metal
fundido.
SOLDADURA MIG-BRAZING
La galvanización
La galvanización consiste en el recubrimiento de la chapa de acero con cinc, el cual se
oxidará en beneficio del acero.
Esisten dos procesos distintos de galvanización:
Galvanización por inmersión
Galvanización electrolítica
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Galvanización por inmersión
Consiste en introducir las chapas de acero en un baño de cinc caliente.
Se logran espesones de cinc elevados
La galvanización se realiza posterior a la soldadura
Galvanización electrolítica
Es el método empleado en el recubrimiento de chapas para el automóvil.
El método consiste en la aplicación de la capa de cinc mediante un
proceso de electrólisis.
La soldadura es perfectamente factible al alcanzarse espesores de unas 10
μ.
Propiedades del cinc.
Formación de capas cubrientes.
Efecto protector catódico.
Bajo punto de fusión y vaporización.
o Tª de fusión 419ºC
o Tª de evaporación 908ºC
La soldadura MIG-BRAZING.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
La aplicación de procesos de soldadura MIG tradicional supondría:
Se producen humos tóxicos
Se facilita la aparición de poros.
Exceso de proyecciones.
Eliminación del efecto protector del cinc.
La soldadura MIG-BRAZING se trata de un proceso de soldadura al arco con
electrodo revestido.
(meter foto)
La necesidad de mantener el recubrimiento de cinc obliga al uso de un método de
soldadura específico.
Concumibles en la soldadura MIG-BRAZING.
• Material de aportación.
El descenso en la temperatura de trabajo obliga a la utilización de
materiales de aportación con un bajo punto de fusión.
(meter foto)
Las ventajas de este tipo de hilo son:
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-108
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
No existe corrosión del cordón.
LAs proyecciónes son mínimas.
La capa de protección eliminada es mínima.
Mínimos efectos del calor.
Facilidad de mecanizado del cordón.
Protección catódica del metal base.
El resultado final es una soldadura heterogénea sin fusión del metal base.
(meter foto)
• Gas de protección.
Como gas de protección se usará un gas inactivo, generalmente el
ARGÓN.
(meter foto)
Características del gas de protección:
Alta densidad.
Reducida energía de ionización.
Reducida conductividad térmica.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-109
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Régimen de soldadura
Para lograr los resultados de soldadura óptimos se utiliza soldadura mediante
arco pulsado
(meter foto)
(meter foto)
(meter foto)
(meter foto)
(meter foto)
Parámetros de la soldadura
• Polaridad inversa.
(meter foto)
Se obtiene un excelente poder de limpieza, así como buena enetración con
escaso calentamiento de la pieza.
• Tensión e intensidad.
Se deben de regular de tal manera que la potencia de soldadura no sea excesiva.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-110
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
El empleo de arco pulsado permite optimizar la intensidad y la tensión de
soldadura.
• Velocidad de alimentación del hilo.
Resulta fundamental la regulación de la velocidad de aportación del hilo para
lograr un arco estable.
• Diámetro del hilo
Se seleccionará en función del espesor a soldar.
En la reparación de carrocerías se trabajará con expesores de 1mm.
Preparación de la costura soldada:
Es necesario realizar una correcta preparación de las piezas para evitar la
aparición de porosidades debido a la evaporación del cinc.
Se debe dejar una cierta separación entre las piezas a unir.
La limpieza de las piezas no debe suponer la eliminación de la capa de
cinc.
(meter foto)
(meter foto)
(meter foto)
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-111
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
SOLDADURA TIG o GTAW
Introducción histórica
La soldadura de arco de tungsteno protegida por gas (siglas del inglés de
Tungsten Inert Gas), también denominada soldadura por heliarco (por usarse el gas
Helio como protector) o bien la denominación más moderna GTAW (siglas del inglés de
Gas Tungsten Arc Welding), data de mucho tiempo atrás. En el año 1900 se otorgó una
patente relacionada con un sistema de electrodo rodeado por un gas inerte. Las
experiencias con este tipo de soldadura continuaron durante las décadas de 1920 y 1930.
Sin embargo, hasta 1940 no se produjo una gran evolución del proceso TIG o GTAW.
Hasta antes que la 2a. Guerra Mundial comenzara, no se había realizado mucha
experimentación porque los gases inertes eran demasiado costosos. Ya una vez iniciada
la Guerra, la industria aeronáutica necesitaba un método más sencillo y rápido para
realizar la soldadura del aluminio y del magnesio, metales estos empleados en la
fabricación de aviones. Por los incrementos en producción logrados con este sistema de
soldadura, se justificó el incremento en costo por el empleo de este gas. Aunque la
producción de este gas es ahora más económica y rápida, aún hoy representa un gasto
adicional a considerar, pero ampliamente justificado por los resultados obtenidos.
Descripción preliminar
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-112
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
El proceso GTAW, TIG ó Heliarco es por fusión, en el cual se genera calor al
establecerse un arco eléctrico entre un electrodo de tungsteno no consumible y el metal
de base o pieza a soldar. Como en este proceso el electrodo no aporta metal ni se
consume, de ser necesario realizar aportes metálicos se harán desde una varilla o
alambre a la zona de soldadura utilizando la misma técnica que en la soldadura
oxiacetilénica. La zona de soldadura estará protegida por un gas inerte, evitando la
formación de escoria o el uso de fundentes o “flux” protectores.
El Helio fue el primer gas inerte utilizado en estos procesos. Su función era crear
una protección sobre el metal fundido y así evitar el efecto contaminante de la atmósfera
(Oxígeno y Nitrógeno). La característica de un gas inerte desde el punto de vista
químico es que no reacciona en el proceso de soldadura. De los cinco gases inertes
existentes (Helio, Argón, Neón, Kriptón y Xenón), solo resultan aptos para ser utilizados
en esta aplicación el Argón y el Helio. Para una misma longitud de arco y corriente, el
Helio necesita un voltaje superior que el Argón para producir el arco. El Helio produce
mayor temperatura que el Argón, por lo que resulta mas efectivo en la soldadura de
materiales de gran espesor, en particular metales como el cobre, el aluminio y sus
aleaciones. El Argón se adapta mejor a la soldadura de metales de menor conductividad
térmica y de poco espesor, en particular para posiciones de soldadura distintas a la
plana.
Gases apropiados para cada tipo de material a soldar:
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-113
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Cuanto más denso sea el gas, mejor será su resultado en las aplicaciones de
soldadura con arco protegido por gas. El Argón es aproximadamente 10 veces más
denso que el Helio, y un 30% mas denso que el aire. Cuando el Argón se descarga sobre
la soldadura, este forma una densa nube protectora, mientras que la acción del Helio es
mucho más liviana y vaporosa, dispersándose rápidamente. Por este motivo, en caso de
usar Helio, serán necesarias mayores cantidades de gas (puro o mezclas que contengan
mayoritariamente Helio) que si se utilizara Argón.
En la actualidad y desde hace bastante tiempo, el Helio ha sido reemplazado por
el Argón, o por mezclas de Argón Hidrógeno o Argón-Helio. Ellos ayudan a mejorar la
generación del arco eléctrico y las características de transferencia de metal durante la
soldadura; favorecen la penetración, incrementan la temperatura producida, el ancho de
la fusión, la velocidad de formación de soldadura reduciendo la tendencia al socavado.
Además, estos gases proveen condiciones satisfactorias para la soldadura de la gran
mayoría de los metales reactivos tales como aluminio, magnesio, berilio, columbio,
tantalio, titanio y zirconio. Las mezclas de Argón-Hidrógeno o Helio-Hidrógeno sólo
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-114
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
pueden ser usadas para la soldadura de unos pocos metales como por ejemplo algunos
aceros inoxidables y aleaciones de níquel.
En las uniones realizadas aplicando el sistema TIG, el metal se puede depositar
de dos formas:
1. por transferencia en forma de “spray”
2. por transferencia globular
La transferencia de metal en forma de spray es la más indicada y deseada. Esta
produce una deposición con gran penetración en el centro de la unión y decreciendo
hacia los bordes. La transferencia globular produce una deposición más ancha y de
menor penetración a lo largo de toda la soldadura.
Por lo general, el Argón promueve a una mayor transferencia en spray que el
Helio con valores de corriente menores. A su vez, posee la ventaja de generar
fácilmente el arco, una mejor acción de limpieza en la soldadura sobre aluminio y
magnesio (trabajando con CA) con una resistencia mayor a la tracción.
Equipo básico para TIG ó GTAW
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-115
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
El equipamiento básico necesario para ejecutar este tipo de soldadura está
formado por:
1. Un equipo para soldadura por arco con sus cables respectivos.
2. Provisión de un gas inerte, mediante un sistema de mangueras y reguladores
de presión.
3. Provisión de agua (solo para algunos tipos de sopletes).
4. Soplete para soldadura TIG. Puede poseer un interruptor de control desde el
cual se comanda el suministro de gas inerte, el de agua y el de energía eléctrica.
Esquema de un equipo básico de GTAW, en el cual se puede ver la alimentación
y salida de suministro de agua que es utilizado como método de refrigeración. En
algunos casos, puede darse sin el suministro de agua correspondiente:
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-116
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Esquema de un sistema para soldadura de arco TIG
Para soldar con SMAW, el tipo de corriente o polaridad que se utilicen
dependerá del recubrimiento que posea el electrodo, en cambio en GTAW (TIG), la
corriente o su polaridad se determina en función del metal a soldar. Es posible utilizar
CA y CC (inversa o directa). Los equipos para soldar con GTAW poseen características
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-117
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
particulares, pero admiten ser utilizadas también con SMAW. Los equipos para
soldadura GTAW poseen:
• Una unidad generadora de alta frecuencia (oscilador de AF) que hace que se
forme el arco entre el electrodo al metal a soldar. Con este sistema, no es
necesario tocar la pieza con el electrodo.
• El equipo posee un sistema de electroválvulas de control, las cuales le permite
controlar el accionamiento en forma conjunta del agua y el gas.
• Sólo algunos equipos poseen un control mediante pedal o gatillo en el soplete.
Al efectuar la soldadura con CC, se observa que en el terminal positivo (+) se
desarrolla el 70% del calor y en el negativo (−) el 30% restante. Esto significa que
según la polaridad asignada, directa o inversa, los resultados obtenidos serán muy
diferentes.
Con polarización inversa, el 70% del calor se concentra en el electrodo de
tungsteno. De lo dicho se deduce que con el mismo valor de corriente (amperaje), pero
cambiando la polarización a directa, se puede utilizar un electrodo de tungsteno de
menor tamaño, favoreciendo ello a lograr un arco más estable y una mayor penetración
en la soldadura efectuada.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-118
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Sin embargo, la corriente contínua directa no posee la capacidad de penetrar la
capa de óxido que se forma habitualmente sobre algunos metales (ej. aluminio). La
corriente alterna (CA) tiene capacidad para penetrar la película de óxido
superficialmente sobre algunos metales, pero el arco se extingue cada vez que la forma
sinusoidal pasa por el valor cero de tensión o corriente, por lo que lo consideramos
inadecuado. Se encontró una solución a dicho problema superponiendo una corriente
alterna de alta frecuencia (AF), la cual mantiene el arco encendido aún con tensión cero.
Características de corriente necesarias para la soldadura TIG de diversos
metales:
Como el proceso de GTAW es por arco eléctrico, los primeros sopletes que se
utilizaron resultaban de una adaptación de las pinzas portaelectrodo de la soldadura de
arco convencional (SMAW) con un electrodo de tungsteno y un tubo de cobre
suministrando el gas inerte sobre la zona de soldadura. El soplete actual consta de un
mango, un sistema de collar para la sujeción del electrodo de tungsteno y una sistema
de tobera a través del cual se eyecta el gas inerte. Pueden poseer sistema de
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-119
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
enfriamiento por aire o por agua. Cuando se utilizan corrientes por debajo de 150
Amperios, se emplea la refrigeración por aire. En cambio, cuando se utilizan corrientes
superiores a 150 Ampere, se emplea refrigeración por agua. El agua puede ser
recirculada mediante un sistema cerrado con un tanque de reserva, una bomba y un
enfriador.
Esquema de un soplete para soldadura TIG
El collar cumple la finalidad de sujetar el electrodo de tungsteno y transmitirle la
corriente eléctrica. Los hay de diferentes tamaños, y se usará el más apropiado al
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-120
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
tamaño de electrodo seleccionado. Estos se encuentran clasificados según el sistema
AWS, en el que poseen un código según la aleación con que se encuentran
confeccionados:
Los electrodos originalmente no poseen forma. Antes de ser usados se les debe
dar forma mediante mecanizado, desbaste o fundido.
Los formatos pueden ser tres: en punta, media caña y bola:
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-121
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Formas posibles para electrodos de tungsteno
Los diámetros de los electrodos de tungsteno se seleccionan en función de la
corriente empleada para la realización de la soldadura.
Rangos de corriente admisibles para cada diámetro de electrodo:
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-122
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Las boquillas o toberas cumplen con dos funciones: la de dirigir el gas inerte
sobre la zona de la soldadura, y la de proteger al electrodo. Las boquillas o toberas
pueden ser de dos materiales diferentes: de cerámica y de metal. Las boquillas de
cerámica son utilizadas en los sopletes con enfriamiento por aire, mientras que las
metálicas son las utilizadas en los sopletes con enfriamiento por agua.
Comenzando a usar un Sistema TIG ó GTAW
Este sistema de soldadura (arco de tungsteno protegido por gas) no posee
diferencias significativas respecto a lo que ocurre en el punto de soldadura con los
sistemas por arco, aunque posee mucho de los sistemas de soldadura por gas.
Puntos principales a tener en cuenta:
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-123
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Antes de realizar cualquier operación de soldadura con TIG, la superficie
deberá estar perfectamente limpia. Esto es muy importante ya que en este
sistema no se utilizan fundentes o “fluxes” que realicen dicho trabajo y
separen las impurezas como escoria.
• Cortar la varilla de aporte en tramos de no más de 450 mm. Resultan más
cómodas para maniobrar. Antes de su utilización, se deberán limpiar
trapeando con alcohol o algún disolvente volátil. Aún el polvillo
contamina la soldadura.
• Si se es diestro, deberá sostener el soplete o antorcha con la mano
derecha y la varilla de aporte con la mano izquierda. Si se es zurdo, se
deberán intercambiar los elementos de mano.
• Tratar de adoptar una posición cómoda para soldar, sentado, con los
brazos afirmados sobre el banco o mesa de trabajo. Se debe aprovechar
que este sistema no produce chispas que vuelen a su alrededor. Utilizar
los elementos de protección necesarios (casco, lentes, guantes, etc.). A
pesar de que la luz producida por la soldadura TIG no parezca peligrosa,
en realidad lo es. Ella posee una gran cantidad de radiación ultravioleta
peligrosa.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-124
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Se deberá estimar el diámetro del electrodo de tungsteno a utlizar en
aproximadamente la mitad del espesor del metal a soldar.
(mirar a ver si tengo fórmulas)
• El diámetro de la tobera deberá ser lo mayor posible para evitar que
restrinja el paso de gas inerte a la zona de soldadura.
• Deben evitarse corrientes de aire en el lugar de soldadura. La más
mínima brisa hará que las soldadura realizada con TIG se quiebre o
fisure. Además, puede ser que por efecto del viento, se sople o
desvanezca el gas inerte de protección.
• Para comenzar la soldadura, el soplete deberá estar a un ángulo de 45°
respecto al plano de soldadura. Se acercará el electrodo de tungsteno a la
pieza mediante un giro de muñeca. Se deberá mantener una distancia
entre el electrodo y la pieza a soldar de 3 a 6 mm (1/8” a 1/4”). Nunca se
debe tocar el electrodo de tungsteno con la pieza a soldar. El arco se
generará sin necesidad de ello.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-125
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Forma correcta de comenzar el arco con un sistema TIG
• Calentar con el soplete hasta generar un punto incandescente. Mantener
alejada la varilla de aporte hasta tanto no se haya alcanzado la
temperatura de trabajo correcta. Una vez logrado el punto incandescente
sobre el material a soldar, adicionar aporte con la varilla metálica,
realizando movimientos hacia adentro y hacia fuera de la zona de
soldadura (llamado picado). No se debe tratar de fundir el metal de
aporte con el arco. Se debe dejar que el metal fundido de la pieza lo
absorba. Al sumergir el metal de aporte en la zona de metal fundido, ésta
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-126
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
tenderá a perder temperatura, por lo que se debe mantener una cadencia
en la intermitencia empleada en la varilla de aporte. Si a pesar de
aumentar la frecuencia de “picado” la zona fundida pierde demasiada
temperatura, se deberá incrementar el calentamiento.
Esquema ilustrando la ubicación de la varilla de aporte
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-127
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• El material de aporte deberá ser alimentado en forma anticipada al arco,
respetando un ángulo de 10° a 25° respecto al plano de soldadura,
mientras el soplete deberá tener un ángulo de 90° respecto al eje
perpendicular al sentido de la soldadura y ligeramente caído en el eje
vertical (aproximadamente 10°). Es muy importante que el ángulo de
alimentación del aporte sea lo menor posible. Esto asegura una buena
protección del gas inerte sobre el metal fundido y reduce el riesgo de
tocar la varilla con el electrodo de tungsteno.
Angulos de la varilla de aporte y del soplete
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-128
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Antes de la realización de la costura definitiva, es aconsejable hacer
puntos de soldadura en varios sectores de las piezas a soldar. De esta
forma se evitarán desplazamientos en la unión por dilatación.
Esquema de las distintas corrientes que se pueden emplear con este tipo de
soldadura:
Esquemas ilustrando las dos polaridades posibles de CC se pueden observar las
dos polaridades posibles en corriente continua: la directa y la inversa. Se pueden ver
también la dirección de los iones desde y hacia la pieza.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-129
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Esquema ilustrando un sistema TIG con CA. En estas condiciones, se cumplirá
en el semiciclo positivo y en el negativo lo explicado para corriente continua,
repitiéndose en forma alternativa.
Información específica necesaria para efectuar soldaduras del tipo TIG en
diversos metales:
-Hierro y Acero al Carbono:
Como ambos pueden ser soldados con TIG utilizando el mismo procedimiento:
1) Utilizar una varilla de aporte apropiada.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-130
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
2) Utilizar CC directa.
3) Utilizar, si se dispone, el equipo de alta frecuencia.
4) Utilizar, si se dispone, el sistema de refrigeración por agua.
5) Ajustar el control de corriente a 75 Ampere para espesores de acero de 1,6
mm.
6) Comenzar a soldar.
-Acero Inoxidable:
El procedimiento TIG utilizado para la soldadura de aceros inoxidables es
similar al relizado para hierro y acero al carbono. La única diferencia radica en la
necesidad de realizar una purga de oxígeno del lado trasero del material a soldar. Ello es
indispensable para evitar que el metal fundido se cristalice en contacto con la atmósfera.
Este efecto debilita considerablemente la soldadura y el metal de base cercano a la
unión. Para lograr desplazar al oxígeno de la parte trasera de la soldadura, se pueden
utilizar dos sistemas. Uno consiste en utilizar un flux especial para este tipo de
situaciones. El otro sistema consiste en desplazar el oxígeno mediante el uso de gas
inerte. Para ello, se debe de acondicionar la pieza a soldar.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-131
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
La cámara trasera para purga de oxígeno puede ser realizada con cartón y cinta
de enmascarar. Se deberá alejar esta construcción auxiliar de las zonas de alta
temperatura.
Construcción auxiliar para purga de gases atmosféricos
-Titanio:
Para lograr hacer soldaduras con TIG sobre titanio, se deberá utilizar el mismo
procedimiento usado para hierros y aceros. A pesar de ello, no todas las aleaciones
conteniendo titanio pueden ser soldadas con este sistema. Ello se debe a la gran
suceptibilidad que el titanio posee ante posibles contaminantes. A su vez, el titanio
caliente reacciona con la atmósfera causándo fragilidad en su estructura cristalina. Si las
cantidades de carbón, oxígeno y nitrógeno presentes en el metal son altas, el grado de
contaminación será el causante de que no se pueda realizar la unión deseada sobre el
titanio. El punto fundamental a tener en cuenta es que el titanio desde una temperatura
ambiente normal (25 °C) hasta los 650 °C, reacciona absorbiendo nitrógeno y oxígeno
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
del aire. Para lograr fundir el titanio a unir, se deberá alcanzar una temperatura cercana
a los 1.800 °C. Con esto, es evidente que el metal adquirirá suficientes agentes
contaminantes como para que la soldadura falle. El sistema a aplicar para desplazar los
gases de la atmósfera deberá ser similar al del acero inoxidable, pero será importante el
ciclo de enfriamiento. Se deberá esperar, antes de suprimir el flujo de gas inerte, a que
la temperatura del metal haya descendido naturalmente por debajo de los 400 °C.
-Aluminio:
La metodología para la soldadura con TIG del aluminio resulta ligeramente
distinta a la del acero. Los ajustes del equipo son diferentes, y la característica más
dificil de controlar es que el aluminio no cambia de coloración cuando llega a su
temperatura de fusión.
Los pasos a seguir para lograr soldar sobre aluminio son:
1) El área a soldar deberá estar lo más limpia posible, y deberá estar libre
de óxido de aluminio. Esta limpieza se deberá efectuar un momento antes
de efectuar la soldadura. El óxido de aluminio se forma sobre la
superficie del aluminio muy rápidamente, y no se percibe su exixtencia a
simple vista. La limpieza se puede realizar mecánicamente (cepillo de
cerdas de acero inoxidable, tela esmeril o fibra abrasiva) o
químicamente (inmersión en soda cáustica al 5% durante 5 minutos).
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Luego lavar con agua jabonosa y enjuagar con abundante agua. Secar el
área a soldar con alcohol, acetona o algún solvente volátil.
2) Para la unión de piezas de aluminio forjado o fundido, realizar una
unión con borde achaflanado con forma de V, para lograr una mejor
penetración. Si se suelda chapa laminada de más de 1,5 mm, también se
recomienda realizar el mismo tipo de unión.
3) Antes de tratar de soldar cualquier tipo de aleación de aluminio,
asegurarse que la aleación en cuestión permite dicha operación.
4) Se deberá trabajar con CA, con alta frecuencia.
5) De disponerse, se deberá habilitar la refrigeración por agua.
6) Ajustar la corriente a 60 Amperios.
7) Se deberá utilizar electrodo de Tungsteno Puro, o con un 2% como
máximo de Thorio. El Thorio contamina la costura en las soldaduras de
aluminio.
8) Se deberá utilizar varilla de aporte 4043 (material de aporte desnudo,
sin flux, para soldadura TIG de aluminio).
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
9) En casos de piezas de gran tamaño, se recomienda el precalentamiento
ya que facilita la realización de la soldadura. Esto no resulta
indispensable ya que el calor que se produce en la zona de la soldadura
es suficiente para mantener la pieza caliente.
-Magnesio:
El magnesio arde y puede soportar su propia combustión. El agua o los
matafuegos de polvo no extinguen el incendio provocado por magnesio. En términos
prácticos, la única forma en que se puede extinguir el fuego es dejar que se consuma
todo el metal. Por lo tanto, cuando se requiera soldar magnesio, se debe realizar en un
lugar abierto, lejos de todo material inflamable. Si por cualquier circunstancia este se
incendia, el soldador debe de alejarse y dejarlo consumir, ya que es probable que no se
pueda parar su combustión. Como con otros metales, el magnesio se deberá limpiar para
eliminar todo resto de suciedad y corrosión en la zona a soldar con TIG. Utilizar para
remover el óxido blanquecino característico un cepillo de acero inoxidable o bien una
viruta de aluminio o de acero. Si esto resultara insuficiente, se usarán productos
químicos para su decapado.
Habitualmente los productos químicos para su decapado se utilizan en la
siguiente proporción:
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Se deberá sumergir en la solución de decapado y luego lavar por inmersión en
agua caliente. Dejar que la pieza se seque al aire antes del trabajo de soldadura. No
soplar con aire comprimido, puesto que puede llegar a contaminarse con suciedad, agua
o aceite. En los casos en que el magnesio se encuentre aleado con aluminio, se produce
un fenómeno de fisurado y de corrosión en forma espontánea. Para evitar este
inconveniente, las aleaciones despues de ser soldadas deberán ser tratadas termicamente
para eliminar las tensiones generadas por efecto de la soldadura. Si no se realiza este
paso, se sucederán irremediablemente los efectos de la corrosión y del fisurado.
Valores aproximados para la soldadura TIG del magnesio:
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Valores aproximados de los tratamientos térmicos a realizar sobre piezas de
laminación y fundidas confeccionadas con magnesio aleado:
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Estas condiciones de tratamiento térmico se pueden realizar mediante cualquier
sistema de calentamiento, preferentemente en un horno o mufla.
SOLDADURA LASER
INTRODUCCIÓN Al PROCESO DE SOLDADURA LÁSER
La palabra láser es un acrónimo de "Light Amplification by Stimulated Emission
of Radiation". El láser es un haz electromagnético coherente, monocromático y de alta
direccionalidad, capaz de concentrar una gran cantidad de energía en un pequeño punto.
Esto hace que sea útil para gran cantidad de aplicaciones (perforado, marcado, corte,
soldadura…).
Hasta la llegada del láser, la alta velocidad de producción y calidad de soldadura
exigidos en los componentes de transmisión únicamente eran alcanzados mediante la
técnica de rayo de electrones, por su elevada precisión y alta densidad de energía. Sin
embargo, ésta presentaba una serie de desventajas, como la necesidad de cámaras de
vacío, sensibilidad al magnetismo y generación de rayos X. El uso del láser permite
evitar todos estos inconvenientes sin disminuir la calidad de la soldadura y con un
menor coste de operación. Por otra parte, el láser resulta mucho más flexible para
tecnologías 3D (procesado de chapas para carrocería).
Cuando un rayo láser de CO2 incide sobre una superficie metálica durante una
soldadura la mayoría de la energía es reflejada por ésta, ya que los metales suelen
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
reflejar la energía de 10.600 nm. Sin embargo, cuando la intensidad de energía supera
los 105W/cm2 la pequeña cantidad de energía absorbida es suficiente para calentar la
superficie del metal y producir un vapor parcialmente ionizado, comúnmente llamado
plasma, entre la fuente del láser y la pieza. La formación de este plasma favorece la
transferencia de energía del láser sobre las piezas a soldar.
El objetivo de la soldadura láser consiste en crear un baño fundido de metal por
absorción de la energía incidente y en propagar este baño a lo largo de la junta. Las
dimensiones del baño fundido así como la presencia de vapores metálicos influyen de
forma significativa sobre la calidad de la soldadura.
Existen fundamentalmente dos modos de realizar la soldadura láser:
Soldadura por conducción
La energía del láser se concentra sobre la junta fundiendo el material que se
encuentra a ambos lados, el cual se vuelve a enfriar rápidamente quedando soldada la
junta. La superficie del baño fundido no se "rompe" con el rayo láser, a diferencia de la
soldadura con penetración en la cual la superficie se abre para dejar paso al rayo láser.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Soldadura por conducción
Soldadura por penetración o por "keyhole"
Soldadura láser por Keyhole
Algunas de las ventajas de la soldadura láser frente a otros procesos de soldadura
son:
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Con la soldadura láser por "keyhole" pueden alcanzarse profundidades de
penetración mayores que con otras técnicas.
• Requiere menos preparación de juntas y en la mayoría de los casos no se
requiere metal de aportación.
• Permite la soldadura de varias capas de material con una sola pasada debido al
alcance de la profundidad de penetración.
• Permite la localización exacta de la soldadura sobre la junta, presentando éstas
grandes resistencias a tracción y a fatiga.
• Distorsión reducida de las piezas soldadas y zona alterada por el calor pequeña,
en comparación con otras técnicas de soldadura.
• Accesibilidad a áreas no permitidas por otras técnicas y fácil automatización del
proceso.
• Permite alcanzar mayores velocidades, mayor penetración y calidad de la
soldadura, y permite soldar juntas que, debido a sus características, resultan
difíciles de soldar mediante otras técnicas.
Por otra parte, el proceso de soldadura láser es muy complejo y existen muchos
aspectos que influyen en la calidad final de la soldadura. Los más importantes son:
• Densidad de potencia (fluctuaciones en la calidad del rayo y la distancia focal).
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• Composición y caudal del gas de protección o shielding gas. Este gas se usa para
eliminar el plasma metálico, proteger el baño fundido frente a la oxidación y
proteger asimismo la óptica de focalización. Los gases empleados
fundamentalmente en la soldadura láser son el He, A y en algunos casos el O2.
El caudal de gas a emplear para prevenir la formación del plasma depende de la
potencia del láser y de la geometría de la junta. Para chapas planas de acero se
aconsejan los siguientes valores para el caudal de gas:
Potencia
(kw)
Caudal
(l/min)
Hasta 3 10 - 20
3 - 5 15 - 30
5 - 10 25 - 40
• Velocidad de avance de la soldadura. Para un determinado nivel de potencia,
existe una velocidad de avance mínima por debajo de la cual el "keyhole" no es
estable. Por otra parte, a mayores velocidades de avance corresponden menores
profundidades de penetración.
• Preparación de la junta a soldar: superficies de la junta, calidad del ajuste y
precisión de alineamiento del láser sobre la junta.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Tipo y velocidad con que se introduce el material de aportación.
• Propiedades físicas del material a soldar (reflectividad, difusividad térmica y
temperatura de fusión).
El proceso de soldadura presenta importantes diferencias dependiendo del
material y configuración de las superficies que se deseen soldar. Por ello, numerosos
estudios sobre soldadura láser se centran en las características y propiedades
particulares de un determinado tipo de aleación o configuración: aleaciones más ligeras,
metales con propiedades específicas para la industria del automóvil y aeronáutica,
cerámicas, materiales no metálicos para otros tipos de aplicaciones, etc. Esto deberá ser
considerado a la hora de diseñar el sistema de soldadura láser para una aplicación
concreta.
Por ejemplo, la soldadura de chapa recubierta de cinc presenta problemas que
deben abordarse mediante técnicas específicas: utilización de un gas de asistencia
adecuado para evitar reacciones químicas adversas, control del gap para permitir la
salida del vapor que se forma, etc.
La unión de aleaciones de cobre y de aluminio por Nd:YAG y CO2 -muy
frecuente en la industria automovilística, aplicaciones eléctricas, electrónicas y
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domésticas- presenta la dificultad de su alta reflectividad, alta conductividad térmica y
sensibilidad al crack.
El acero inoxidable austenítico, por la facilidad con que se suelda, requiere poca
energía y permite altas velocidades de avance, evitando con ello que se alteren sus
propiedades anticorrosivas. Esto lo hace particularmente útil para tuberías, aplicaciones
marinas, etc. Otros materiales introducidos recientemente en los sectores
automovilístico y aeronáutico son las superaleaciones, aleaciones de titanio, de alta
resistencia estructural… Otros tipos de aplicaciones incluyen la soldadura de metales
preciosos, partes compuestas por microcomponentes de cerámica, metal y cristal y
muchos otros materiales.
APLICACIONES INDUSTRIALES DE LA SOLDADURA LÁSER EN EL
SECTOR DEL AUTOMÓVIL
Introducción
Existen distintos tipos de láser dependiendo del medio activo generador del
láser. El láser de He-Ne es de baja potencia y en general, no es apto para aplicaciones
industriales. En cambio, los de CO2 (medio activo gaseoso) y Nd-YAG (de estado
sólido) ofrecen la potencia necesaria para usos industriales (hasta 2 kW en láseres Nd-
YAG, y hasta 15 kW en los de CO2). Ambos son muy utilizados, pero el de CO2 está
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más extendido por su mayor potencia y menor coste por unidad de potencia. El láser de
Nd-YAG, en cambio, presenta la ventaja de poder ser transmitido por fibra óptica, lo
cual aumenta la flexibilidad del sistema, permitiendo su uso en lugares de difícil
accesibilidad, especialmente para soldadura 3D .
El uso del láser en la industria de la automoción se ha ido incrementando desde
la introducción de los primeros láseres con tan solo 50 W de potencia a finales de los
años 60, hasta los modernos láseres multikilowatios de CO2 o los Nd-YAG transmitidos
por fibra óptica que se utilizan actualmente en muchas cadenas de producción. Entre las
muchas aplicaciones del láser a la industria del automóvil se encuentran la soldadura,
corte, perforado, marcado y tratamiento térmico de superficies. Los materiales básicos
de la industria automovilística son aceros inoxidables y al carbono, y aleaciones de
aluminio.
Las principales ventajas que presenta el procesado de materiales por láser frente
a los métodos convencionales son las siguientes:
• Mayor flexibilidad, es decir, adaptabilidad a aplicaciones con mayor diversidad
en cuanto a dimensiones geométricas y tipo de material.
• El efecto térmico sobre la pieza es mucho menor.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• La calidad del procesado es alta.
• Velocidad de producción alta.
• Fácil integración en sistemas robóticos o herramientas integradas en un CNC.
Distribución por sectores en el procesamiento de materiales por láser
Si bien la aplicación más usada en promedio es la de corte (por ser la más usada
en Japón), tanto en Europa como en Estados Unidos es más popular el uso del láser para
soldadura. En el País Vasco, las aplicaciones de corte están bastante extendidas, aunque
la oferta de servicios es mucho más restringida en 3D que en 2D. En cambio, en el
campo de la soldadura no existen aún aplicaciones ni oferta de servicios en el País
Vasco, y los centros tecnológicos no están dotados de la infraestructura necesaria.
Aplicaciones
Soldadura de componentes
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
En general, se trata de componentes de pequeño tamaño y unidos con bastante
precisión. Pueden ser desde circuitos electrónicos y alternadores hasta inyectores de
gasolina, componentes de aire acondicionado o elementos del sistema de transmisión
como la palanca de cambios. Se utilizan láseres de Nd-YAG y de CO2 y, en algunos
casos, también de Nd-cristal. Como caso especial, se puede mencionar la soldadura -
solder o braze- de los contactos eléctricos mediante diodos láser de alta potencia.
La principal ventaja que presenta el uso del láser recae en su mayor facilidad
para acceder a regiones más estrechas, con lo cual se permite la producción de nuevos
diseños de componentes más ligeros y estrechos que con otros sistemas de soldadura .
Aunque algunos de los sistemas láser utilizados son de hasta 14 kW, lo más habitual es
encontrarse en el rango de 5 a 10 kW. Suelen utilizarse sistemas con óptica fija y
movimiento de pieza. Generalmente, estos sistemas tienen como máximo 3 ejes, siendo
frecuente el uso de ejes rotatorios para componentes de simetría cilíndrica.
Soldadura de chapas de carrocería
La introducción del láser en este campo, iniciada desde mediados de los 70, no
ha sido sencilla y aun queda mucho por hacer en este área. Este tipo de soldaduras
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
requieren láseres de alta potencia y estaciones de soldadura con sistemas de
posicionamiento robotizados considerablemente complejos y de gran tamaño (robots
pórtico de cinco ejes, robots de seis ejes que manipulan brazos articulados extensibles
para la transmisión del haz láser, o robots articulados con transmisión interna del haz).
Requieren, por tanto, una infraestructura para el manejo de las piezas que añade coste y
complejidad al sistema.
Sin embargo, la gran cantidad de ventajas que presenta el láser frente a las
clásicas instalaciones de soldadura por puntos mediante resistencia eléctrica, hacen que
el esfuerzo valga la pena. Entre esas ventajas se encuentran las siguientes: Consistencia
e integridad de la soldadura, acceso por un único lado, reducción de la masa y anchura
de pestañas, menor extensión de zona afectada por el calor, menor distorsión térmica,
aumento de la fuerza estructural y alta velocidad y flexibilidad de diseño. La geometría
de unión más utilizada es la de solape.
En General Motors, por ejemplo, existen ya muchas estaciones de soldadura
láser para soldar techos, marcos de ventanillas, etc. Una de sus últimas instalaciones en
la planta de Mansfield consiste en una estación con dos láseres robotizados de CO2 de 5
kW, capaces de soldar los cuartos de panel interior izquierdo y derecho para varios
modelos distintos de coche, disminuyendo a la cuarta parte el espacio ocupado por la
anterior instalación de soldadura por resistencia eléctrica, y minimizando el tiempo de
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cambio. Sin embargo, la proporción de estaciones de soldadura láser sigue siendo
pequeña frente a las de resistencia eléctrica en este tipo de aplicaciones. Actualmente, la
mayor parte de las instalaciones de soldadura láser para este tipo de aplicaciones son de
Nd:YAG.
Otro caso especial de este tipo de aplicación es la unión de distintos materiales
usados en carrocería (acero chapado en cinc, aluminio y otros compuestos) mediante la
preactivación por calentamiento láser de los adhesivos. Este proceso puede sustituir al
pre-fixturing por soldadura por puntos con resistencia, evitando sus inconvenientes.
Tailored blank welding
Esta última aplicación consiste en la soldadura de chapas planas de diferente
composición y/o espesor previamente al proceso de embutición y corte (Tailored blank
welding). Su utilidad reside en la posibilidad de reutilizar los restos que sobran del corte
o estampación de otras chapas, así como en unir en una sola pieza secciones de chapa de
distintos materiales, usando el más caro solo donde realmente es necesario. Por ejemplo,
se pueden unir restos sobrantes del corte de otras piezas para formar una barra de
refuerzo lateral en puertas de automóvil: esto requiere una pieza de una cierta longitud y
resistencia, pero sin requerimientos estéticos puesto que va en el interior de la puerta y
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no se va a ver, de manera que se puede aplicar este tipo de chapa soldada con un
considerable ahorro de costes.
El uso de chapas constituidas por diferentes partes de distintas características
también supone un ahorro importante en peso y coste de material. Las distintas partes a
unir pueden tener desde una distinta composición hasta un diferente grosor o
recubrimiento de distintos materiales. Por ejemplo, en ciertos modelos de Cadillac, el
cinturón de seguridad va anclado en su parte superior a un pilar central, que debe tener
suficiente resistencia. En vez de utilizar un refuerzo soldado en la parte superior de un
pilar formado por una única chapa de iguales características en toda su longitud, se
puede diseñar un nuevo pilar formado por dos trozos de chapa soldada, siendo el de la
parte superior de un mayor grosor para tener más resistencia. Esto redunda en la
eliminación del refuerzo, disminución del metal utilizado, un menor utillaje de
ensamblaje, etc.
Aunque estas aplicaciones (típicamente, soldaduras de unos 0.8 mm. de espesor)
se pueden efectuar con láseres de 1 kW, se usan también láseres de CO2 de alta
potencia, de 6 e incluso hasta 14 kW, con el fin de aumentar la velocidad y asegurar una
penetración suficiente. Por otra parte, la posibilidad de transmisión del haz por fibra
óptica en láseres de Nd-YAG simplifica el diseño de la máquina y permite el uso de
robots convencionales para realizar la aplicación. Generalmente, las soluciones que
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emplean este tipo de tecnología son de un coste inferior a las basadas en el láser de CO2
transmitido por espejos. Este tipo de aplicaciones se realiza con sistemas de dos-tres
ejes y óptica móvil. La geometría de unión es a tope, lo que requiere una buena
preparación y ajuste de los bordes de soldadura. La calidad y eficacia de los utillajes de
sujeción es determinante debido a la geometría de unión utilizada.
CONTROL DEL PROCESO DE SOLDADURA LÁSER
Láser CW Intensidad Valor absoluto
Distribución espacial
Foco
Modo
Posición
Distribución temporal
Modulación
Cambio de amplitud
Láser pulsado Intensidad
Energía del pulso
Duración del pulso
Frecuencia
Forma del pulso
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Variables mecánicas Velocidad de scan
Aceleración
Otras Caudal de gas
Composición del gas
Principales variables en el control de soldadura láser
En los láseres CW una técnica común es modificar la potencia del láser en
respuesta a los cambios de las condiciones de soldadura para llevar al sistema a un
estado óptimo. Esto constituye la base del "Plasma shielding control" (PSC)
desarrollado por Seidel en 1993 y funciona correctamente en los láseres de CO2. Con
esta técnica se monitoriza el plasma sobre la pieza y cuando la señal sobrepasa un
determinado umbral la acción del láser cesa durante uno o más pulsos hasta que la señal
de plasma se disipa. La capacidad de responder a cambios de señal en tiempos inferiores
a 1 mseg hacen de él un sistema de control adaptativo real.
La estabilización de la salida del láser juega también un papel muy importante
en el control de soldadura láser, aunque las fluctuaciones están siempre presentes
debido a la naturaleza aleatoria de las interacciones entre el rayo láser y la pieza. Estas
fluctuaciones son especialmente importantes cuando se sueldan materiales con un alto
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índice de reflexión. En 1995 Deinzer describe un sistema de control en lazo cerrado
PI(D) que toma la señal de un sensor piroeléctrico. Se consiguieron mejoras en la
soldadura de aleaciones de Al con un láser de CO2.
Un sistema más sofisticado combinaba la estabilización del láser mediante un
sistema óptico adaptativo con el ajuste del movimiento de la pieza. Con este sistema se
corregían los problemas que aparecen en la soldadura 3D con las transiciones de
velocidad en las curvas pronunciadas, así como en el arranque de la soldadura.
Esquema de un sistema de diagnóstico y control
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Optimización del proceso al comienzo de un cordón de soldadura
La estabilización del láser puede realizarse también mediante la modulación de
la potencia láser. Con este sistema se consigue una mejora de uniformidad en la
profundidad de penetración pero sólo cuando se trabaja entorno a frecuencias de 3.5
kHz.
El mantenimiento de la posición focal es también un parámetro fundamental en
el control de soldadura láser. Estas variaciones del foco pueden obtenerse mediante
ópticas adaptativas o moviendo el elemento de focalización como un todo. En 1994
Bagger, Gong y Olsen desarrollaron un sistema de control en lazo cerrado de la longitud
focal basado en redes neuronales utilizando la señal de un fotodiodo. Este sistema era
capaz de identificar el punto focal óptimo con un error medio de 0.18mm y una
desviación estándar de 0.36 mm.
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Principio de un sistema de control en lazo cerrado basado en la monitorización de un
fotodiodo y en redes neuronales
En 1996 Haran desarrolló un sistema de control de foco para Nd:YAG mediante
el análisis de la aberración cromática de la luz del plasma que retornaba a través de la
fibra óptica.
En 1993 Kinsman y Duley diseñaron un sistema de control adaptativo basado en
la aplicación de lógica difusa sobre las imágenes captadas por un CCD. Este sistema era
capaz de regular la velocidad de soldadura en función del número de pixeles brillantes
existentes en determinadas regiones de la imagen. La potencia del láser y la distancia
focal se mantenían constantes en este sistema. El esquema de este control ya se
mostraba en el apartado de "Supervisión del baño fundido mediante cámaras".
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
En 1994 Derouet, Caillibottle y Kechemair describían otro sistema de control en
tiempo real usando imágenes CCD con otros sensores. Colocando un filtro a la cámara
CCD podían seleccionarse las longitudes de onda de infrarrojos permitiendo la
detección del punto más caliente sobre la pieza, la temperatura de este punto así como la
longitud del baño fundido. Aunque no se realizó regulación en lazo cerrado en estos
primeros experimentos, los resultados obtenidos permitían aventurar que es posible la
regulación de la profundidad del baño fundido a partir de la información extraída de
imágenes CCD.
Esquema de un sistema de control realimentado usando campos térmicos
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Por último, un sistema más sofisticado de realizar el control consiste en lo que se
denomina "control inteligente" en el cual las señales de entrada se comparan con una
base de datos para optimizar la respuesta de salida. En estos sistemas suele dotarse al
lazo de control de la inteligencia proveniente de redes neuronales.
Diagrama con la estructura lógica para un sistema de control "inteligente"
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Diagrama de bloques para un sistema de control de la penetración de soldadura láser
basado en la emisión acústica
DATALAS: Sistema de Supervisión de Procesos de Soldadura con Láser de CO2
Recientemente se han realizado numerosos estudios encaminados a la medición,
supervisión y optimización de los parámetros del proceso y la calidad de la soldadura
láser. Como resultado, se han desarrollado sistemas de monitorización del estado,
supervisión del proceso y control on-line de la calidad de la soldadura, incluyendo
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técnicas adaptativas y de optimización, introducción de sensores de medición y estudios
exhaustivos de la influencia de las variables medibles o controlables del proceso.
El objetivo de cualquier sistema de supervisión y control de soldadura es
mejorar la calidad y detectar los defectos producidos en el proceso de soldadura,
evitándolos en la medida de lo posible. Estos defectos pueden tener dos orígenes:
- Defectos causados por la preparación del material, lugar de trabajo o
configuración de la junta de soldadura.
- Defectos causados por condiciones cambiantes del proceso debidas a
variaciones de los parámetros reales del láser o de las condiciones del proceso.
La supervisión del proceso de soldadura puede realizarse a partir del análisis de
las siguientes señales:
• Señales relacionadas con la información del haz láser, pieza o
condiciones previas al procesamiento.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Señales originadas por el propio proceso de soldadura.
- Arquitectura de DATALAS - (proyecto “Metodologías para aseguramiento de la
calidad en soldadura láser” subvencionado por el Ministerio de Educación y Cultura).
La figura de arriba indica la arquitectura del proyecto realizado entre ROBOTIKER en
el campo del control de calidad de procesos de soldadura, en su afán por mejorar la
calidad de los procesos de soldadura y los productos patentados DATAMIG (soldadura
al arco MIG/MAG) y DATASPOT (soldadura por resistencia a puntos). Para la
supervisión de procesos de soldadura con láser de CO2.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
DATALAS, sistema de control de calidad no destructivo para procesos de soldadura
con láser de CO2, consta básicamente de los siguientes elementos:
• Plataforma de adquisición de señales basada en PC y electrónica de
acondicionamiento de dichas señales.
• Cabezal sensorizado para operaciones de soldadura con láser de CO2.
• Software de supervisión que permite analizar las señales procedentes del
cabezal de soldadura y diagnosticar la calidad de los cordones de forma on-line
con un alto grado de fiabilidad.
El cabezal sensorizado, desarrollado por ROBOTIKER, incorpora los siguientes
sensores:
• Fotodiodo. Analiza la radiación visible reflejada por la pieza durante el proceso
de soldadura. Mediante el análisis de la señal proporcionada por este sensor
es posible detectar defectos típicos del proceso de soldadura.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Sensor OCTAVO. Analiza los siguientes parámetros del haz láser:
Potencia.
Diámetro.
Posición x-y del rayo
Este sensor permite detectar anomalías en la calidad del rayo y realizar, por lo
tanto, las operaciones de mantenimiento y puesta a punto en el momento adecuado.
De esta forma se pueden eliminar los defectos originados por un mal ajuste o deterioro
de los espejos/lentes del camino óptico. Mientras que el fotodiodo proporciona una
información excelente para poder realizar la supervisión del proceso de soldadura de
forma on-line, el sensor OCTAVO tiene utilidad para poder establecer las operaciones
de mantenimiento mediante el chequeo periódico de sus señales. Ambos sensores se
complementan de tal forma que permiten realizar un aseguramiento de la calidad en los
procesos de soldadura con láser de CO2.
El software de supervisión de DATALAS permite adquirir y procesar las señales
provenientes del cabezal sensorizado para poder determinar si una soldadura es correcta
o no. Las tareas que realiza este software de supervisión son las siguientes:
• Analiza la señal del fotodiodo una vez finalizado el cordón.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-162
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Aplica técnicas de procesamiento y filtrado digital a dicha señal.
• Compara esta señal con la obtenida durante una soldadura correcta (señal
patrón) y analiza la diferencia entre ambas mediante algoritmos de supervisión.
• En función de una tolerancia configurable, el sistema es capaz de determinar la
probabilidad de que el cordón supervisado sea defectuoso.
Se han realizado pruebas de soldadura láser sobre diferentes materiales para
poder validar el sistema y entre los defectos de soldadura que el sistema es capaz de
detectar pueden citarse los siguientes:
• Falta de fusión de material.
• Gaps en la junta de soldadura.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Cordones fuera de junta.
• Defectos de junta, mala preparación de bordes.
• Mala focalización del rayo sobre la junta.
• Ausencia de gas de protección.
Como ejemplo práctico de supervisión, en la siguiente imagen mostramos la
respuesta del sistema frente a la presencia de gaps en la junta de soldadura. Se
muestra la señal del fotodiodo junto con una fotografía del cordón de soldadura.
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Monitorización de corte y soldadura por láser. Proyecto LASCON.
La tecnología láser se ha convertido en una realidad en aplicaciones de corte y
soldadura, consolidándose como una alternativa competitiva en gran número de
aplicaciones industriales. Sin embargo, la carencia de adecuadas herramientas para el
control de calidad y la propia complejidad del sistema láser, que conduce a una
disminución de su disponibilidad, están actuando de freno a una implantación más
masiva de esta tecnología.
Dentro del proyecto se ha desarrollado un sistema que permite la monitorización
en línea del proceso láser y del estado de la máquina que lleva a cabo las operaciones.
El sistema permite inspeccionar al 100% la calidad del proceso realizado, permitiendo,
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
por tanto, la disminución de los controles de calidad a operación terminada y
aumentando el tiempo de disponibilidad de la máquina.
El sistema desarrollado dentro del proyecto se ha empleado ya en numerosas
aplicaciones de corte y soldadura con láser de chapa de acero.
PROYECTO ROLAN
Se trató de un proyecto que empezó el 1 de Agosto de 1990 y finalizó el 30 de
Enero de 1994 participando en el diversas empresas:
• KUKA Empresa alemana fabricante de robots,
sobretodo para cadenas de producción.
• LUMONICS Ltd. Empresa de Reino Unido.
• LASER ZENTRUM HANNOVER Alemania.
• TZN Alemania.
• CANDEMAT España.
• PSA Grupo francés de automóviles que engloba
las marcas Peugeot y Citröen.
SOLDEO EN ESTADO SÓLIDO
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
FORJA
Es el proceso más antiguo de soldadura.
Consiste en calentar los metales a unir en una fragua hasta alcanzar el
estado pastoso (1300 º C aprox.) y después pues unirlos a golpe de
martillo sobre un Yunque o bigornia.
SOLDADURA POR RESISTENCIA ELÉCTRICA (ERW) Electrical Resistance
Welding
Bajo la denominación de soldadura por resistencia eléctrica, se agrupan una serie
de procesos en los que, para conseguir la unión de los metales, se combinan el calor
derivado del efecto Joule y una fuerza mecánica.
El calor se genera por medio de una corriente eléctrica de elevada intensidad que
se hace circular, con la ayuda de sendos electrodos, durante un corto espacio de tiempo
a través de la unión que se desea soldar.
De acuerdo con la ley de Joule, el calor Q, en julios, será:
Q = I 2 R t
en donde:
I es la intensidad de la corriente de soldadura, en amperios.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
R es la resistencia eléctrica de la unión, en ohmios.
t es el tiempo durante el cual circula la corriente de soldadura, en segundos.
La fuerza mecánica se aplica a través de la presión ejercida sobre los electrodos
antes, durante y después del instante en que circula la corriente de soldadura.
Procesos de soldadura por resistencia eléctrica
Existen diversos procesos de soldadura por resistencia eléctrica. Los más
importantes son los siguientes:
• por puntos
• por resalte o protuberancias
• por roldanas
• a tope
• por chispa
• por alta frecuencia
De ellos los cinco primeros son a frecuencia estándar y el último, como su
nombre indica, a alta frecuencia.
Por regla general los tres primeros posicionan los metales de base a solape y los
tres últimos, a tope.
Soldadura a frecuencia estándar
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Soldadura por puntos
La soldadura por puntos de resistencia es la más utilizada en el ensamblaje de la
carrocería.
En reparación se trata de devolver las condiciones originales, por eso
hablaremos más a fondo de este tipo de soldadura por resistencia eléctrica.
La soldadura por puntos de resistencia es una soldadura autógena (sin aportación
de material). Se efectúa mediante presión en caliente (forja), aprovechando el calor
producido por la resistencia al paso de corriente que ofrecen las chapas a soldar entre
dos electrodos.
Ventajas de la soldadura por puntos de resistencia.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Rapidez de ejecución.
Sencillez de manejo.
Ausencia de deformaciones.
No necesita repaso.
Fácil desmontaje posterior.
Principales componentes de una máquina de soldadura por resistencia.
1. Un transformador capaz de obtener en el circuito secundario tensiones muy
bajas con intensidades de corriente de miles de amperios.
-En fabricación del orden de 25000 Amperios
-En reparación del orden de 5000 Amperios
2. Pinzas de soldadura.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Pinza de soldadura manual.
(foto cesvi o foto de mecanismos de pinza de soldadura automática)
3. Un temporizador capaz de suministrar la energía deseada en un tiempo
determinado.
(foto)
Parámetros de soldadura.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Parámetros primarios:
(meter lo de mecanismos)
I. Intensidad de corriente de soldadura.
II. Tiempo de paso de corriente.
III. Presión ejercida por los electrodos.
Si uno de estos parámetros faltase, la soldadura no se realizaría.
Parámetros secundarios:
IV. Dimensiones de las puntas de los electrodos.
V. Tiempo de bajada.
VI. Tiempo de mantenimiento.
Ahora explicamos todos los parámetros:
I. Intensidad de corriente de soldadura.
El calor necesario para llevar al estado pastoso las superficies a unir
depende de la intensidad de la corriente, de la resistencia ofrecida por las
chapas y del tiempo de paso de la corriente.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
El límite superior de la corriente de soldadura se alcanza cuando el
material comienza a salpicar durante el proceso. El límite inferior viene
dado por una soldadura deficiente.
Los valores óptimos se encuentran muy próximos al límite de
salpicadura.
Además, el rendimiento total obtenido es óptimo, pues toda la energía se
invierte en la soldadura y no en calentar las chapas y los electrodos.
Para esto volvemos a la ley de Joule anterior:
Q = I 2 R t
II. Tiempo de paso de corriente.
El tiempo de soldadura debe de ser lo más corto posible. La calidad de la
unión disminuye en proporción inversa al tiempo empleado.
En chapa fina de acero dulce, intensidades de soldadura altas y tiempos
cortos proporcionan puntos de calidad.
III. Presión ejercida por los electrodos.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Como se trata de una soldadura no por fusión sino por forja, además de
calor, necesitaremos presión para conseguir la unión molecular de las dos
chapas en la zona de contacto.
La presión debe encontrarse dentro de ciertos valores, para evitar los
defectos que puedan originarse por exceso o por defecto.
Presiones bajas producirán:
• Forja deficiente.
• Altas resistencias de contacto.
• Facilidad para producir agujeros y salpicaduras.
• Cráteres y pegaduras en los electrodos.
• Proyecciones de metal fundido.
Presiones altas producirán:
• Buena forja (pero un exceso de presión puede expulsar el núcleo
de fusión disminuyendo la resistencia del punto).
• Huellas profundas en las chapas.
• Partículas de cobre adheridas a la chapa en la zona que rodea al
punto.
• Deformaciones en los electrodos.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Las presiones recomendadas para chapa de acero oscilan alrededor de 10
Kg./mm2
IV. Dimensiones de las puntas de los electrodos.
V. Tiempo de bajada.
Es el tiempo que transcurre desde que se inicia la operación de
acercamiento de los electrodos hasta que comienza el paso de la corriente.
En ese tiempo se consigue aproximar las chapas a unir para obtener una
buena continuidad.
VI. Tiempo de mantenimiento.
Es el tiempo transcurrido entre el corte de la corriente de soldadura y el
levantamiento de los electrodos.
Esta fase posterior de enfriamiento con mantenimiento de la presión
garantiza el grado de resistencia.
El tiempo de mantenimiento ha de ser como mínimo igual al tiempo de
soldadura.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Fases de la soldadura.
1. Colocación de las chapas.
2. Acercamiento de los electrodos
(tiempo de bajada).
3. Paso de la corriente (soldadura).
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
4. Mantenimiento de la presión
(tiempo de mantenimiento).
5. Separación de los electrodos.
6. Colocación de las chapas para el
nuevo punto.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-1
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Características de los electrodos y portaelectrodos.
Los electrodos deben de reunir tres requisitos fundamentales:
Buena conductividad eléctrica.
Alta resistencia mecánica y tenacidad incluso a temperaturas altas.
Buena conductividad térmica para que la refrigeración sea rápida y efectiva
(Se utiliza el cobre).
Existen diferentes formas de electrodos y portaelectrodos:
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-0
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Siempre que sea posible, es preciso elegir los portaelectrodos más cortos para evitar:
-Disminución de la presión.
-Disminución de la intensidad efectiva.
Portaelectrodos
de las dimensiones
adecuadas(CORRECTO)
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Portaelectrodos demasiado largos (INCORRECTO)
Los electrodos deben de estar perfectamente alineados y deben de ser de las
dimensiones correctas:
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Electrodos bien alineados (CORRECTO)
Portaelectrodos y electrodos
mal alineados
(INCORRECTO)
Las dimensiones de la punta de los electrodos influyen en la densidad de la
corriente necesaria para poder realizar la soldadura.
El diámetro de la zona de contacto o punta de los electrodos debe ser:
D = 2e + 3 mm
siendo e el espesor de la chapa más fina en mm.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-3
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Ejemplo: Diámetro de los electrodos para chapas de 0.7mm .
de donde:
e = 0.7 mm .
Como :
D = 2 e + 3 mm . = 2 x 0.7 mm . + 3 mm . = 1.4 mm . + 3 mm . = 4.4 mm .
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-4
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Para obtener puntos sin marcas en la cara vista de las chapas a unir, se puede
interponer una placa de cobre rojo entre la chapa y el electrodo.
En el caso de que se utilizase la misma placa de la masa del equipo hay que
asegurarse que esta esté desconectada del mismo.
Refrigeración de los electrodos.
El calor producido en la soldadura aumenta progresivamente la temperatura de
los electrodos.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-5
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
El aumento de la temperatura de los electrodos provoca un calentamiento
excesivo de la zona de contacto, una disminución de la calidad del punto y un
calentamiento extra del resto de la máquina.
Para evitar que esto suceda, algunos equipos van dotados de un sistema de
refrigeración.
En aquellos equipos que no dispongan de este sistema se deberá enfriar los
electrodos en un recipiente con agua cada tres o cuatro puntos si soldamos chapas de
grandes espesores a alta intensidad, o cada siete si soldamos chapas normales. Se
trata con ello de que los electrodos no aumenten su temperatura por encima de los
500 ºC para evitar su reblandecimiento por recocido del cobre.
No enfriar los electrodos en agua cuando estén muy calientes. Dejar enfriar al
aire hasta que disminuya su temperatura.
Los electrodos pueden estar refrigerados por agua o por aire.
(dibujo hecho por mi)
Separación entre los electrodos.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-6
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
La separación de los puntos de soldadura es la distancia entre los centros de los
puntos adyacentes.
En el proceso de soldadura de un punto muy próximo a otros puede producirse
una derivación de corriente por las soldaduras cercanas, viéndose de esta forma
disminuida la intensidad de corriente necesaria para la formación del nuevo punto.
Se recomienda que d esté comprendida entre 30 y 40 mm .
Distancia incorrecta.
Si no tenemos en cuenta este factor, se tiene como consecuencia un consumo
excesivo de energía eléctrica ya que, además de la corriente útil de soldadura, se está
proporcionando a las piezas una corriente adicional que se pierde a través de los
puntos próximos.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-7
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Efecto de Shunt
Se corre además el riesgo de obtener soldaduras de muy diferentes calidades
según este efecto de derivación sea mayor o menor.
Distancia al borde o recubrimiento.
La distancia al borde o "recubrimiento" es la longitud medida desde el centro de
la soldadura al borde de la pieza.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-8
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
El recubrimiento debe de ser aproximadamente de:
De donde: R = 2,5 x d
R es el recubrimiento.
d es el diámetro de las puntas de los electrodos.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-9
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Recubrimiento incorrecto.
Un recubrimiento insuficiente da lugar a:
a. – Expulsión del material fundido por la junta, debilitando la soldadura.
b. – Deformaciones en los bordes de las piezas debido a la presión ejercida
por los electrodos.
c. – Deterioro de los electrodos que se ensucian con gran facilidad.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-10
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Una variante de la soldadura por puntos es la soldadura por puntos en serie o
también llamada de doble punto, que consiste en posicionar dos electrodos por el
mismo lado con respecto a los metales base, colocando en el lado contrario un
soporte también llamado contraelectrodo (no en todos los casos), contra el cual se
pueda ejercer la presión.
Se utiliza también cuando no se tiene acceso por las dos caras.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-11
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
El circuito de circulación de la corriente de soldadura está constituido: por un
electrodo, el volumen de metal base bajo este electrodo, el soporte, el volumen de
metal base bajo el otro electrodo y el otro electrodo.
Soldadura de doble punto Pistolas de soldadura para doble
sin contraelectrodo punto
Para que la soldadura pueda efectuarse, el espesor de la chapa inferior ha de ser
igual o mayor al de la chapa superior para evitar el cortocircuito a través de esta
última.
Soldadura por empuje
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
La soldadura por empuje es la que se realiza con un solo electrodo aplicado en
una chapa, y una masa de superficie amplia aplicada en la otra.
Los puntos por empuje son los menos resistentes, dado que la chapa se abomba
hacia afuera al calentarse y el material superior se une al inferior en un área muy
reducida.
Estos puntos carecen muchas veces de la resistencia suficiente, al no poder
alcanzarse la presión de apriete requerida.
Control de calidad
Una forma de reconocer la calidad del punto es fijándonos en su color:
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-13
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Los ensayos de rotura a tracción de una probeta soldada proporcionan
información más exacta sobre
la calidad del punto.
El punto de soldadura está
bien realizado cuando es
arrancado con deformación del
material base.
Un punto que se desprende
reventando no será válido.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-14
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
La prueba se realiza tanto a tracción como a cizalladura.
Defectos de la soldadura por puntos: Causas
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Soldadura por resaltes o protuberancias
La soldadura por resaltes es una variante de la soldadura por puntos. Consiste en
practicar previamente resaltes en uno de los metales base, y a veces en ambos, en los
lugares donde se desea que exista un punto de soldadura.
El objeto de los resaltes es una mejor distribución de la corriente y concentrar el
área de aplicación de la fuerza ejercida por medio de los electrodos.
En este proceso los electrodos son de mayor diámetro que en la soldadura por
puntos, pues habitualmente cubren a la vez varios resaltes.
Se aplica a una variedad de componentes, normalmente de formas complicadas,
cuyos espesores oscilan entre 0,5 y 6 mm. Los resaltes suelen hacerse por embutición
hasta 2,5 mm. y por mecanizado, para espesores mayores de 2,5 mm.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Soldadura por roldanas
La soldadura por roldanas, es una variante de la soldadura por puntos en la que
éstos se sueldan solapados, dando lugar a una costura estanca.
En este proceso los electrodos son roldanas qué, además de aplicar la fuerza y la
corriente, arrastran en su giro a los metales base. Para lograr que los puntos de solapen
existen máquinas que disponen de un sistema de corriente pulsada o modulada, para que
cuando un punto va a salir del área de cobertura de las roldanas se establezca una nueva
aportación de corriente para soldar el siguiente punto.
Su principal aplicación es la fabricación de recipientes de espesor de pared
comprendido entre 0,05 y 3 mm .
Ejemplo de roldanas para la fabricación de bidones entre 50 y 220 litros. Con un
espesor de chapa entre 0.6 y 1.2 mm.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-19
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
El solape de la junta suele ser de 3 mm.
La presión de trabajo aplicada en las roldanas está comprendida entre 250 y 500 Kg.
La tensión entre 7 y 12v.
Ejemplo de roldana para la soldadura de hojalata, para la fabricación de envases de uso
doméstico.
El solape de la junta suele ser de 3 mm. y solo en algunos casos llega a 0.5 mm.
Las presiones de trabajo raramente alcanzan los 100Kg.
La tensión aplicada está entre 1.5 y 6 v.
La intensidadad entre 1500 y 4500 A.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-20
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
La velocidad de soldadura varía según la frecuencia:
12 metros/min. para una frecuencia de 50 Hz.
25 metros/min. para una frecuencia de 150 Hz.
30 metros/min. para una frecuencia de 250 Hz.
En este caso las roldanas de cobre tienen una garganta –como una polea- por la
que se le hace pasar un hilo de cobre que suele tener aproximadamente 1mm2 de
sección, el cual es reciclable y antes de entrar en la roldana se perfila de forma especial,
trapezoidal o cilíndrica mediante unos rodillos que hacen la función de laminado.
La desventaja de este proceso es el continuo deterioro de las roldana de cobre, por el
estaño fundido procedente del recubrimiento.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-21
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Soldadura a tope
Los metales base se sitúan, mediante mordazas, con los extremos a soldar
enfrentados a tope. Las mordazas, de material conductor, constituyen los electrodos de
este proceso.
Las superficies de contacto deben ser paralelas y estar muy limpias. Tras hacer
pasar las corriente y al ejercer la presión se produce un ensanchamiento de la zona
soldada, ofreciendo un aspecto de barril. Este ensanchamiento se debe a que los metales
base de la zona de soldadura, en estado pastoso fluyen hacia el exterior.
Su principal aplicación es la soldadura de secciones rectas de alambres, barras,
tubos y perfiles. Sus límites están comprendidos entre secciones de 100 mm2 y 300
mm2, dependiendo de la potencia de la máquina.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-22
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Soldadura por chispa
La soldadura por chispa, opera de la misma manera que la soldadura a tope, con
la única variante de que la fuerza aplicada durante la fase de posicionamiento es muy
pequeña y, por tanto, el contacto de las superficies a soldar sólo se produce en
determinados puntos.
La corriente de soldadura se concentra en estos puntos, provocando su rápida
fusión y estableciendo multitud de arcos eléctricos o chispas, que calientan más
rápidamente los materiales con un consumo de energía mucho menor.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-23
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Las superficies a soldar, a diferencia de la soldadura a tope, no es necesario que
sean paralelas y se encuentren limpias. Al ejercer la presión y fluir el metal líquido
hacia el exterior se expulsan los óxidos, inclusiones gaseosas y escorias. En este
proceso, el abultamiento de la zona soldada es menor.
Sus aplicaciones son las mismas que las de la soldadura a tope, pero con una
sección máxima mucho más elevada. En este sentido, una aplicación típica es la
soldadura en taller de vías de ferrocarril.
Soldadura por alta frecuencia
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Este proceso a diferencia de los otros, utiliza una corriente eléctrica de
frecuencia comprendida entre 10.000 y 500.000Hz.
La principal ventaja de la soldadura por alta frecuencia sobre la estándar se debe
a que sólo se calientan, por efecto Kelvin, las superficies de la unión a soldar, debido al
cual se genera en el interior de los metales base a una fuerza electromotriz que se opone
a la circulación de la corriente de soldadura, impidiendo que ésta penetre en el material
y obligándola por tanto, a circular superficialmente. Esta fuerza electromotriz produce
el efecto de auentar la resistencia eléctrica de los metales base, aumento que se acentúa
a medida que se incrementa la frecuencia.
Sus principales aplicaciones son la soldadura longitudinal y helicoidal de tubería
y la soldadura de aletas y tetones a tubos. Sus límites, en cuanto a espesores, se
ecuentran comprendidos entre 0,125 mm. y 25 mm.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-25
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
IMPERFECCIONES DE LAS UNIONES
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-26
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Las imperfecciones son anomalías o irregularidades que se presentan en la unión
soldada .
Se consideran como defecto cuando por su magnitud o localización puedan
provocar el fallo de la unión.
Las causas que pueden originar estas imperfecciones son, entre otras, una
inadecuada:
• Preparación, disposición o limpieza de las piezas a unir.
• Ejecución de la soldadura .
• Soldabilidad del metal base.
• Elección de los consumibles ( gases, metal de aporte...).
Los principales defectos que se producen en el soldeo están clasificados en los
siguientes grupos
1. Grietas.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-27
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
2. Cavidades.
3. Inclusiones sólidas, ( escoria ,óxidos...)
4. Falta de fusión y de penetración.
5. Imperfecciones de forma y dimensión.
6. Otras imperfecciones.
Una soldadura podrá o no cumplir una norma , es decir podrá ser aceptada o
rechazada. Se aceptara si las dimensiones de sus defectos están por debajo de lo
establecido en la norma aplicable en función del nivel de calidad considerado.
Las dimensiones de las imperfecciones en estas normas se establecen en función
del espesor de las piezas, de la garganta de las soldaduras en ángulo o de alguna
dimensión de la soldadura como su anchura o la profundidad, de forma que las
imperfecciones pueden ser mayores cuanto mayores sean estas dimensiones, pero
existiendo en cualquier caso un máximo para cada imperfección de forma que aunque el
espesor de las piezas sea muy elevado no se pueda superar este valor.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-28
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
La elección del nivel de calidad para cualquier aplicación debe tener en cuenta
las consideraciones de diseño, estados tensionales, condiciones de servicio y
consecuencias del fallo. También influyen los factores económicos
Grietas.
Son el efecto de una rotura local incompleta.
Ningún código de diseño admite este tipo de defecto, ya que cuando la construcción
soldada se someta a la carga para la que ha sido diseñada la grieta crecerá y provocara
su rotura catastrófica.
Las grietas puede esta localizada en:
• El metal base.
• La zona afectada térmicamente.
• La zona afectada térmicamente y el cordón de soldadura, es decir en el
acuerdo de la soldadura
• El cordón de soldadura
• El cráter de soldadura
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-29
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Pueden ser paralelas al cordón de soldadura, denominándose longitudinales, o pueden
ser perpendiculares a éste, denominándose transversales. También pueden aparecer en
grupo en forma de estrella.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-30
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Las causas más probables de la existencia de grietas son.
• Soldar con excesiva intensidad.
• Enfriamiento rápido de la soldadura
• Soldar con un embridamiento excesivo.
• Existir tensiones residuales en el metal base.
• Inadecuado e insuficiente material de aportación.
• Mala secuencia de soldeo que provoque excesivas tensiones y
deformaciones.
• Metal base de mala soldabilidad
• Finalizar el cordón de soldadura retirando el electrodo de forma
rápida y brusca. (grietas de cráter ).
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-31
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Cavidades
Las sopladuras son cavidades formadas por inclusiones gaseosas.
Se pueden distinguir:
• Sopladuras de forma esférica denominados poros.
• Sopladuras vermiculares, es decir en forma de gusano que se forman
al escapar el gas cuando existe una alimentación continua de éste y la
velocidad de solidificación es muy rápida.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-32
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Las sopladuras y poros pueden disponerse de forma aislada, alineados o
agrupados, siendo siempre menos perjudiciales los primeros que los agrupados o
alineados. También pueden ser superficiales , por tanto visibles.
Si el cordón de soldadura presenta una ligera porosidad puede no presentar en la
realidad un defecto grave , sobre todo si tienen forma esférica. Se permiten por tanto
poros y sopladuras en los códigos de construcción o en las normas de calidad,
limitándose sus dimensiones en función del nivel de calidad requerido.
Las causa mas probables de la existencia de poros y sopladuras son:
• Falta de limpieza en los bordes
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-33
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Intensidad excesiva
• Revestimiento del electrodo húmedo
• Empleo de electrodos con el extremo si recubrimiento.
• Condiciones atmosféricas desfavorables: excesivo viento
• Mala técnica operatoria
• Equipo de soldeo en mal estado.
• Gas de protección inadecuado o insuficiente.
Inclusiones sólidas
Inclusiones de escoria: es decir residuos del revestimiento del electrodo o del
fundente. La importancia de este defecto depende del tamaño de la inclusión de escoria
y de la distancia que exista entre las inclusiones. cuando el nivel de calidad exigido es
elevado sólo se admiten inclusiones menores a 1\3 del espesor de la soldadura.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-34
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Óxidos metálicos : aprisionados durante la solidificación, por rjemplo: óxido de
aluminio.
• Partículas de metal extrañas : aprisionadas en el metal fundido; puede ser de
volframio, cobre u otro metal.
En ningún caso se admite la inclusión de volframio ni de cobre, normalmente la
de óxidos tampoco se admite.
Causas más probables:
• Soldeo con intensidad muy baja en el caso de escoria y con intensidad
demasiado alta para el caso de inclusiones de volframio en el soldeo
TIG.
• Contaminación del baño de fusión.
• Mala preparación de la unión: poca separación entre las chapas o bisel
con ángulo pequeño.
• Falta de limpieza de la escoria, sobre todo al realizar soldaduras de
varias pasadas.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-35
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Inclinación incorrecta del electrodo o inadecuado balance de éste.
• Arco demasiado largo.
• Protección deficiente del baño de soldadura que favorece la aparición
de óxidos.
Falta de fusión y de penetración
Falta de fusión : la falta de fusión es la falta de unión entre el metal base y el
metal depositado, o entre dos cordones consecutivos de metal depositado. Es decir se
produce una pegadura y no una verdadera unión.
Este defecto es muy peligroso y por tanto normalmente no es aceptado.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-36
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Las causas más probables son:
• Arco demasiado largo
• Intensidad baja
• Velocidad de desplazamiento excesiva
Falta de penetración : es una falta de fusión en la zona que se conoce como
íz de en
ra la soldadura. Este tipo de imperfección también es peligroso y solo se admite
los niveles de calidad moderado e intermedio.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-37
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Las causas más probables son:
• Baja intensidad de soldeo
• Excesiva velocidad de soldeo
• Separación en la raíz muy pequeña
• Electrodo de diámetro demasiado grande
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-38
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Desalineamiento entre las piezas
Imperfecciones de forma y dimensión
Mordedura: es una falta de metal en forma de surco de longitud variable en
cualquiera de los bordes del cordón.
Solapamiento: exceso de metal depositado que rebosa sobre la superficie del
metal base sin fundirse con él.
Sobreespesor excesivo: es un exceso de metal depositado en las pasadas
finales.
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-39
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Exceso de penetración: es un exceso de metal depositado en la raíz de la
soldadura.
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
Falta de alineación: es una falta de alineación de las dos piezas soldadas.
Falta de metal de soldadura: canal longitudinal continuo o discontinuo
en la superficie de la soldadura.
Perforación: hundimiento del baño de fusión. No son permitidos.
Rechupe: son cavidades debidas a la contracción del metal durante su
solidificación.
Empalme defectuoso: irregularidad local de la superficie de la soldadura en la
zona de empalme de dos cordones.
Anchura irregular: soldadura con anchura diferente en distintas partes de la
soldadura.
Otras imperfecciones:
• Cebado del arco
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-41
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Salpicaduras o proyecciones
• Desgarre local
• Marca de amolado o de burilado
• Amolado excesivo
Consecuencias de las imperfecciones de las soldaduras:
Mala calidad de la estructura soldada y por tanto posible rotura de la misma.
Mayor tiempo invertido (al tener que reparar).
Mayor coste ( por la reparación o rechazo y demora en el plazo de entrega).
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INSPECCIÓN DE UNIONES SOLDADAS
1. Inspección por líquidos penetrantes
2. Inspección radiográfica
>Líquidos penetrantes: las primeras utilizaciones de líquidos penetrantes para
el ensaño de materiales data de los años 30.
En estos casos se utilizaba aceite disuelto en queroseno como penetrante y tras
eliminar su exceso se espolvoreaba la pieza con cal, se la hacía vibrar u el penetrante
retenido en las grietas salía al exterior produciendo una indicación sobre el fondo blanco
creado por cal. Sin embargo, este método no daba buenos resultados cuando las
discontinuidades eran pequeñas.
La inspección con líquidos penetrantes sirve para detectar defectos que se
encuentren en la superficie de la pieza tales como grietas en la superficie o cavidades.
Sirven para materiales férreos como no férreos que no sean porosos.
La forma de realizar el ensayo consiste en aplicar un líquido de impregnación
que se introducirá por capilaridad en los defectos existentes, después se elimina el
exceso de penetrante y a continuación se aplicará un líquido revelador que extraerá el
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líquido de impregnación que haya quedado introducido en los defectos, así podremos
observar donde están las imperfecciones las imperfecciones de la pieza.
La característica más importante de los líquidos penetrantes, como su nombre
indica, es penetrar fácilmente en discontinuidades finas. Aunque también hay otras
características como:
• Tener un color que permita la fácil visión.
• No ser muy volátil.
• Ser fácil de eliminar, pero a su vez no se elimine el penetrante que se
encuentra dentro de las discontinuidades.
• Emerger con rapidez al aplicar un revelador.
• No ser inflamable ni tóxico ni de olores fuertes.
• No variar su composición al contacto con los materiales a trabajar.
• Ser económico.
Los líquido penetrantes tienen que tener una sensibilidad que no sea alterada
cuando el defecto no se encuentre limpio de impurezas, es decir, si la grieta que
buscamos tiene; óxido, aceite, etc, le será más difícil penetrar en ella. Por ello tiene que
tener capacidad para disolver esos cuerpos extraños que se encuentre y que cuando
apliquemos el revelador se produzca ese contraste que nos indique el defecto que
buscamos, si le hubiese.
Los líquidos penetrantes pueden ser fluorescentes o coloreados. Los primeros se
muestran fluorescentes al aplicarles luz negra o rayos UVA, este tipo de radiación no es
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visible por el ojo humano pero los líquidos la absorben y la devuelven en una longitud
de onda visible para el ojo humano.
Los coloreados son disoluciones de pigmentos que al aplicarlos el revelador
hacen un contraste lo más visible posible por muy pequeñas que sean las cantidades de
revelador y del líquido.
>Los reveladores: es un elemento que se encarga de dar visibilidad a una
indicación producida por el penetrante introducido en el defecto, suelen ser polvos muy
finos que se aplican sobre la superficie donde hayamos aplicado el penetrante.
Cuando aplicamos el revelador actúa como un papel secante extrayendo el
líquido penetrante que haya quedado en los defectos. También forma una base
favoreciendo que el penetrante se extienda y dé visibilidad aumentando el contraste.
Los reveladores húmedos aumentan la cantidad de penetrante extraído de los
defectos y acortan el tiempo necesario para que la indicación se haga visible.
Los reveladores tienen que tener una serie de propiedades que son:
• Tener gran poder de absorción que garantice su función secante.
• Estar constituido por polvos muy finos para que se produzca una buena
definición de los defectos.
• Cubrir lo mejor posible para favorecer los contrastes.
• Ser de fácil aplicación y eliminación al terminar la inspección.
Los reveladores pueden ser secos o húmedos.
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Los secos tienen que tener buena consistencia y adherirse relativamente a la
pieza en una capa fina para no dificultar la detección de discontinuidades menores.
Los húmedos son mejores que los secos porque no forman grumos y llegan a
zonas donde éstos no pueden. Aunque son de menor sensibilidad por no conseguir una
suspensión adecuada.
Para conseguir unos buenos resultados al realizar operaciones con líquidos
penetrantes hay que limpiar bien las superficies, luego aplicaremos el líquido
penetrante, eliminaremos el exceso de penetrante, lo secaremos, aplicaremos el
revelador y esperaremos a ver los resultados de la inspección.
>Inspección radiográfica: prácticamente desde su descubrimiento por Rontgen
en 1896 los rayos X se utilizaron para obtener información de objetos de naturaleza
industrial, sin embargo el desarrollo de la radiografía se dirigió al principio en el campo
médico. Su uso como fines industriales no se generaliza hasta los años 20. También por
entonces es cuando comienza a ensayarse el empleo, con fines radiográficos, las
primeras fuentes de rayos gamma.
Si en la radiología se trata de obtener imágenes de un elemento a través de su
materia con una calidad suficiente, no es menos importante poder utilizar esa
radiografía en los procesos de inspección, reparación u otros en los que se emplea.
Así que es tan importante la obtención de una buena imagen como la capacidad
de evaluación y archivo de ésta.
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En líneas generales podemos considerar el campo de la radiografía industrial
dividido en dos grandes ramas, radiografía mediante rayos X y radiografía mediante
rayos gamma.
Esta última se ha hecho familiar el nombre de “gammagrafía”.
La diferencia fundamental entre rayos X y rayos gamma hay que buscarla en su
generación respectiva. En el primer caso la radiación se produce por medios
electrónicos y en el segundo por procesos nucleares de naturaleza incontrolable. En
cualquier caso se trata de radiaciones semejantes a la luz, de la que se diferencian en su
color o longitud de onda.
A los rayos X se les suele llamar con mucha propiedad “radiaciones penetrantes”
porque penetran o atraviesan los cuerpos opacos, de modo semejante a como la luz con
los cuerpos trasparentes.
De esta propiedad se saca partido en la obtención de imágenes que informan
acerca de la estructura interior, por ejemplo, de la presencia de cavidades.
Una radiografía es una “sombra” del objeto que se proyecta mediante un haz de
rayos X o gamma sobre una lámina de material sensible a dicha radiación. La sombra
proyectada es la imagen virtual del objeto. Si ésta permanece durante un cierto tiempo,
llamado tiempo de exposición sobre el material sensible se origina en éste una imagen
latente, todavía invisible. La imagen latente se visualiza mediante un proceso químico
de revelado y posterior fijado. El resultado es la radiografía del objeto. Esta descripción
corresponde a materiales de tipo fotográfico que son los más empleados.
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A veces la radiación sobre el material sensible, origina en éste, directamente, una
imagen no permanente, como en el caso de las pantallas fluoroscópicas respecto a las
que no tiene sentido el tiempo de exposición ni el revelado, como es natural.
>Los rayos X: se producen mediante aparatos eléctricos que trabajan bajo
tensiones muy altas de centenares de miles de voltios, son esencialmente semejantes a la
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luz, si bien, son portadores de una mayor energía lo que les hace ser mucho más
ultravioletas que los propios rayos ultravioletas. Son indivisibles, se propagan en línea
recta y a la velocidad de la luz. No es posible desviarlos por medio de una lente pero si
por medio de una red cristalina (difracción).
Son capaces de destruir o deteriorar las células vivas y atraviesan la materia en
mayor o menor medida en función de la naturaleza del material y energía de los
mismos.
Los rayos X son ionizantes (liberan electrodos de la materia).
>Los rayos gamma: son oscilaciones electromagnéticas de igual naturaleza que
los rayos X. Cuando en un reajuste de las partículas de un núcleo existe energía no
ligado a aquellas, tal exceso se manifiesta en forma de radiación electromagnética
semejante a los rayos X, pero en este caso, por su origen, se llaman rayos gamma.
Definiremos, pues, como fuente de rayos gamma o isotópica a un trocito de
materia que contiene una cierta proporción de átomos cuyo núcleo es inestable. Estos
núcleos tienden a transmutarse y a convertirse en otros más estables emitiendo
partículas alfa o beta y rayos gamma.
La energía de radiación gamma no es regulable; depende de la naturaleza de las
fuentes radiactivas. Tampoco es regulable la intensidad de la radiación ya que no es
posible influir sobre el grado de desintegración de un material radioactivo.
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La radiación gamma puede ser interceptada por una pantalla absorbente.
También ofrece espectros no continuos constituidos por varias longitudes de ondas
aisladas (espectro a rayas).
Calidad de los rayos X y rayos gamma.
La calidad de dichos rayos se define por el poder penetrante en una determinada
materia, este poder penetrante aumenta con la energía de radiación.
Los rayos cuya longitud de onda es corta relativamente, se llaman “rayos duros”
y con la longitud de onda relativamente larga se llaman “rayos blandos”.
La calidad de la radiación esta en función de la tensión al tubo necesario para
producir esta radiación o en función de la capa de semiabsorción de un material
determinado.
Instrumentos de medida
Los elementos que intervienen en el proceso de radiografía son:
a) El foco térmico: es la superficie del anticátodo alcanzada por el flujo
electrónico.
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b) El foco óptico: es la proyección del foco térmico sobre un plano
perpendicular al eje de haz de rayos X. Las dimensiones de este foco deben
ser lo más pequeñas posibles para que obtengamos una máxima nitidez de las
imágenes radiográficas.
c) El indicador de calidad de imagen.
d) Película radiográfica.
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SEGURIDAD E HIGIENE
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En el ámbito de la actividad industrial, la soldadura constituye uno de los
procesos en los que intervienen mayor cantidad de variables a tener en cuenta a la hora
de planificar la seguridad de las operaciones. Ello es así porque en el más simple
proceso de soldeo actúan riesgos combinados de electricidad, toxicidad de agentes
químicos, radiaciones, calor, etc, y que no sólo afectan al soldador, sino también a
su entorno y a terceros.
Cuidado: Protéjase a sí mismo y a los demás. Lea atentamente esta información.
LOS HUMOS DE SOLDEO pueden ser peligrosos para su salud.
• Mantenga su cabeza fuera de los humos.
• Utilice suficiente ventilación y una buena extracción de humos y polvo
durante las operaciones de soldeo, corte y esmerilado.
LAS RADIACIONES LUMINOSAS DEL ARCO pueden dañar los ojos y
producir quemaduras en la piel.
• Utilice las protecciones oculares y ropa de trabajo adecuadas.
LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS pueden causar la MUERTE.
• Antes de comenzar un trabajo, o utilizar una máquina, lea atentamente las
instrucciones del fabricante y las recomendaciones de seguridad de
máquinas, electrodos, fundentes y materiales base, así como las
recomendaciones del Jefe de Seguridad o las recogidas en el Manual de
Seguridad.
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• No toque zonas cargadas eléctricamente que no posean un aislante adecuado
ni cierre un circuito eléctrico con su cuerpo.
ANÁLISIS DE RIESGOS
El Análisis de los Riesgos es una tarea obligada en cualquier estudio de
seguridad, ya que solamente sabiendo los riesgos que se deben evitar se podrán definir y
especificar las Medidas Preventivas oportunas.
Riesgos por el tipo de trabajo y su lugar de realización
Los procesos de soldeo se utilizan tanto en puestos fijos en una producción en
serie, como en operaciones de montaje de piezas sin puesto fijo en fábricas y en
montajes de obras, siendo éstas últimas las de riesgos más frecuentes.
Entre los riesgos más comunes podemos citar:
• Caídas desde altura.
• Caídas al mismo nivel.
• Atrapamientos entre objetos.
• Pisadas sobre objetos punzantes.
Riesgos por la manipulación de gases comprimidos.
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Algunos de los riesgos que pueden darse en la manipulación y almacenamiento de las
botellas de gases son:
• Fugas de gas combustible, con el consiguiente peligro de incendio.
• Explosiones o incendios por retroceso de llama en el soplete.
• Asfixia por desplazamiento del aire por gases inertes.
• Atrapamientos por manipulación de botellas.
Riesgos por la utilización de la maquinaria y equipos
Los principales riesgos a citar son:
• Fuego o explosión por retroceso de llama en sopletes.
• Contactos eléctricos directos con los elementos eléctricos, tales como cables,
portaelectrodos, fuentes de alimentación, etc.
• Contactos eléctricos indirectos por fallo en el aislamiento e los componentes
eléctricos.
Riesgos asociados a los agentes contaminantes producidos durante el soldeo.
• Humos y gases desprendidos durante el soldeo:
o Producidos a partir del material base.
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o Producidos a partir del recubrimiento del material base (galvanizado,
niquelado, cromado, cadmiado, pintado, recubrimientos plásticos,
engrasado).
o Producidos por los productos desengrasantes o de limpieza del
material base y del de aportación.
o Producidos a partir del material de aportación, del revestimiento o de
los fundentes.
o Producidos por reacción con el aire circundante.
o Producidos a partir de los líquidos o gases que estuvieron contenidos
en los depósitos a soldar.
• Radiaciones. Los procesos de soldeo por arco producen radiaciones visibles,
infrarrojas y ultravioletas, que producen lesiones en los ojos y en la piel,
siendo las radiaciones ultravioletas las más peligrosas.
• Ruido y poyección de partículas.
o El ruido se produce por la acción de operaciones complementarias al
soldeo, tales como el esmerilado, el picado, martillado, etc. Ciertos
procesos de soldeo y corte, como el proceso por plasma y algunos de
resistencia eléctrica, generan ruidos superiores a los 90 dB.
o Las proyecciones de partículas incandescentes pueden alcanzar hasta
10 metros de distancia en horizontal. Estas partículas, con la acción
combinada del calor producido y la presencia de gases y materiales
combustibles, pueden originar incendios, por lo que se hace
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imprescindible el que todos los materiales del suelo, paredes,
pantallas, etc, sean ignífugos.
MEDIDAS DE PREVENCIÓN
Una vez conocidos y clasificados los tipos e riesgo a los que se enfrenta la
utilización de los procesos de soldeo, estamos en disposición de definir la Medidas de
Prevención y Protección que se deben aplicar, las cuales deben recogerse en cualquie
planificación de la producción.
Protecciones personales
>Prendas protectoras: las pendas de protección recomendables son las que se
indican a continuación, debiendo elegirse aquéllas que estén homologadas por el
Ministerio de Trabajo.
• Cascos de seguridad, para protección contra la caída de objetos pesados o
punzantes.
• Botas de seguridad.
• Pantallas o yelmos, provistas de filtros de radiaciones, cubrefiltros y
antecristales.
• Guantes, manguitos, polainas y mandiles de cuero.
• Guantes aislantes de la electricidad para manejo de los grupos de soldeo.
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• Cinturones de seguridad para trabajos en altura.
• Protectores auditivos, que pueden ser tapones, orejeras o cascos antirruido.
>Protección de los ojos: los soldadores, y sus ayudantes, deben utilizar gafas de
seguridad provistas de filtros (oculares filtrantes) que detengan, en la medida de lo
posible, las radiaciones perniciosas para el ojo humano.
Protecciones colectivas
Dado que también el entorno del soldador, y por tanto los operarios que están en
las proximidades, están sometidos a riesgos producidos por el soldeo, es necesario
adoptar medidas de prevención colectivas que citamos a continuación:
• En el soldeo de obra en altura se proveerán redes de seguridad.
• No deberán permitirse los trabajos en altura con vientos o cuando esté
lloviendo.
• Las áreas de soldeo deberán delimitarse por medio de pantallas que impidan
el paso de radiaciones y e chispas.
• Todas las áreas deben proveerse de la correspondiente señalización.
>Protección contra-incendios
Este tema es especialmente importante en soldadura, por lo que toda la
reglamentación general sobre contra incendios debe aplicarse en su integridad.
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• Todo el área de trabajo debe estar limpia de materiales de desecho,
especialmente los combustibles.
• En algunos casos es aconsejable mojar el suelo, aunque el suelo húmedo
aumenta el peligro de descargas eléctricas. Debe valorarse cada caso.
• Deben protegerse especialmente las botellas de gas.
• Debe señalizarse toda área, indicando las rutas de escape y la localización de
extintores.
• Debe disponerse de extintores portátiles y, si es posible, de una manguera.
Prevenciones en la manipulación de gases comprimidos
Cuando se desea almacenar grandes cantidades de cualquier gas en recipientes de
poco volumen, que permita su transporte y almacenamiento fácil, se comprime a alta
presión.
>Almacenamiento y transporte: Los gases comprimidos se almacenan en
cilindros o botellas y en tanques o depósitos. Se deberá tener en cuenta lo siguiente:
• No situar las botellas en pasillos ni lugares de paso.
• El almacén de botellas de gases debe estar delimitado y protegido por puertas
si es posible.
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• Las botellas deben sujetarse con cadenas de seguridad.
• Emplear grúa con cesta o plataforma para subir o bajar las botellas, nunca
utilizar un electroimán. Para su transporte se emplearán carros con cadenas
de seguridad y sólo desplazarlas a mano por rodadura para desplazamientos
cortos.
• Las botellas de acetileno y e gases licuados deben utilizarse y almacenarse
siempre en posición vertical, se preferirá también esta posición para botellas
de cualquier otro gas.
• Las botellas deben ser identificadas perfectamente antes de su empleo, esta
tarea sólo debe realizarse leyendo su etiqueta. Si una botella no tiene etiqueta
no se deberá utilizar. No se debe identificar el contenido de la botella
únicamente por su color, ya que puede ser diferente según la zona o país.
• Muchas botellas tienen una caperuza para proteger la válvula. Nunca se debe
elevar la botella mediante esta caperuza a no ser que esté especialmente
diseñada para ello.
• Las botellas v
• Las botellas vacías se identificarán como tales y se dispondrán en posición
vertical y sujetas con cadenas de seguridad.
>Utilización de los gases:
• Los reguladores o manorreductores deben utilizarse para todas las botellas de
gas comprimido. Todo regulador debe estar equipado con un manómetro de
alta presión y uno e baja presión.
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• Las válvulas de las botellas que contengan gases a gran presión, en particular
oxígeno, deben abrirse despacio. Es preferible no abrir las válvulas de las
botellas que contienen gases combustibles más de una vuelta, de esta forma
se puede cerrar rápidamente en caso de emergencia.
• Antes de conectar el manorreductor se deberá purgar la botella, e esta forma
se eliminarán todas las partículas que, en forma de polvo, están alojadas en
su grifo, si no se eliminaran estas partículas pasarían al manorreductor y
originarían la avería del mismo.
• Se cerrará la botella de gas después de cada utilización, y también cuando
esté vacía.
• Se recomienda retirar las botellas vacías y devolverlas al suministrador
evitando de esta manera la contaminación atmosférica.
• Nunca calentar las botellas o depósitos que contienen gases comprimidos, ni
situarlos cerca de focos de calor ya que podrían explotar.
>Tanques criogénicos: son tanques que almacenan gases a presión sometidos a
bajas temperaturas para que se encuentren en estado líquido y ocupen menos
espacio. La utilización de depósitos criogénicos requiere mayores cuidados, que
deben dejarse bajo la responsabilidad de empresas especializadas.
>Gases combustibles:
• Si existe alguna fuga puede producirse fuego por lo que se deberá controlar y
prevenir las fugas.
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• Se han llegado a producir accidentes graves al acoplar reguladores e oxígeno
a botellas de gas combustible. Por ello es norma habitual el que las roscas
empleadas para oxígeno sean a derechas y las de combustible a izquierdas.
También se distinguen por el color.
>Oxígeno:
• Los cilindros de oxígeno no deberán almacenarse al lado de los de gas
combustible ni rodeados de ellos, y nunca se debe utilizar como sustituto el
aire.
• Nunca se debe poner las materias grasas en contacto con el oxígeno, ya qu
arderían espontáneamente.
• Nunca utilizar oxígeno con los compresores de aire ni tampoco para limpiar
superficies o ropas, ni para ventilar espacios reducidos.
>Gases de protección:
• El mayor peligro de los gases de protección es que desplazan el aire
impidiendo la respiración y pudiendo provocar la asfixia del soldador, por
tanto cuando se vaya a soldar en espacios educidos deberán estar bien
ventilados, si no es imposible controlar el oxígeno del aire se deberá realizar
el soldeo con pantallas de soldeo con impulsión o extracción de humos
incorporado.
>Mangueras:
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• Solamente se utilizarán mangueras especialmente diseñadas para los gases
comprimidos que van a transportar.
• Las mangueras de gases combustibles suelen ser rojas y las de oxígeno
azules. Nunca intercambiar las mangueras.
• Controlar el estado de las mangueras y detectar fugas. Cuando se detecte
cualquier corte o quemadura reemplazar la manguera, nunca repararla.
• Nunca se debe doblar la manguera para detener el flujo de gas.
>Localización de la fuga:
• La fuga de gas en la botella está localizada en el mecanismo de apertura y
cierre de la válvula.
• Si una botella pierde gas, estando bien cerrada la válvula, hay que pensar que
el mecanismo de la misma se ha aflojado o deteriorado.
• Cuando la fuga es importante lo detectamos bien por el ruido del escape o
por el olor.
• Si la fuga es pequeña no estaremos seguros de detectarla por los sentidos.
Ante la duda, se debe hacer la comprobación “aplicando agua jabonosa”
sobre el grifo de la botella.
• Las fugas de las mangueras se pueden detectar con agua jabonosa o
sumergiéndola en agua.
Prevenciones en la utilización de materiales y equipos.
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>Material eléctrico: La utilización de equipos eléctricos, como los grupos de
soldeo, esmeriladoras y equipos de corte pueden producir accidentes indirectos por
combustión de vapores inflamables, y también accidentes al personal operario por
contactos eléctricos directos o indirectos.
Protección contra humos y gases
Se ha indicado que uno de los principales riesgos que afectan a los soldadores, y
a los demás de su entorno, son los que actúan sobre el sistema respiratorio en forma de
humos y gases.
Se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:
• Posición del soldador.
• Utilización de la ventilación general.
• Utilización e la extracción localizada.
• Utilización de la impulsión localizada.
RIESGOS Y PREVENCIONES ASOCIADAS A LAS OPERACIONES
ACCESORIAS AL SOLDEO
Esmerilado
Riesgos:
• Descargas eléctricas.
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• Accidentes en los ojos.
• Escape o rotura de la muela
• Quemaduras y heridas en las manos.
• Aspiración de polvo y partículas.
Prevenciones:
• Observar las medidas de seguridad para evitar accidentes eléctricos:
conexión a tierra y comprobar el buen estado de cables.
• Trabajar SIEMPRE con gafas o pantalla de protección con cristales
transparentes.
• Incorporar y revisar el sistema de carenado con pantalla transparente de
protección.
• Aislar la zona con pantallas protectoras.
• Utilizar la muela adecuada. No apretar en exceso las tuercas.
• Rectificar las muelas una vez montadas para evitar vibraciones.
• Trabajar con guantes
• Sujetar las piezas pequeñas con útiles auxiliares.
• Utilizar un sistema de aspiración de humo adecuado.
Picado de escoria
Riesgos:
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• Quemaduras.
• Heridas en los ojos.
Prevenciones:
• Utilizar guantes y ropa adecuada.
• Dejar enfriar la escoria.
• Utilizar SIEMPRE gafas o pantalla con cristal transparente.
Utilización de herramientas
• Tener las herramientas ordenadas, NUNCA revueltas.
• Emplear cada herramienta para o que está destinada.
• No templar los cortafríos si no se es un experto, pueden romper con
proyecciones violentas.
Mantener las herramientas en buen estado.
BIBLIOGRAFÍA
Monografía CESVIMAP
Libro de CESOL
Apuntes de CESOL
http://www.under-water.co.uk/
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TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
• Apuntes CFGS Automoción IES Adaja Arévalo
• Soldadura de los aceros. Aplicaciones
Manuel Reina Lopez. Ed. WELD-WORK, S.L. 4ª Ed. Madrid. Marzo
2003
• Apuntes Proceso tecnológico de reparación de vehículos UCAV –
CESVIMAP
• Apuntes Mecanismos UCAV
• Curso de chapista CESVIMAP
• Manual de carrocería de automóviles
Reparación. Francisco Javier Alfonso Peña.
Ed. MAPFRE, S.A. Paseo de Recoletos,25 – 28004 MADRID 1998
• Manual de Prevención de riesgos en talleres de automóviles
Centro de experimentación y seguridad vial MAPFRE CESVIMAP, S.A.
Ed. MAPFRE, S.A. Paseo de Recoletos,25 – 28004 MADRID 2002
• Manual del Soldador
Compendio de soldadura------------------------------------------------------------------ - 2-67
TECNOLOGÍA MECÁNICA--------------------------------------------------------------
CESOL Centro español de formación de soldadores 9ª Edición
Calle Gabino Jimeno, 5 B. Madrid, Junio de 2002
• Apuntes de varios cursos de CESOL cedidos por Cesar Molero Jimenez
(Alumno de CESOL)
• Apuntes de la E.U.P. de Valladolid. "Ingeniería de los procesos de
fabricación".
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