PROCESOS DE SOLDADURA AVANZADA

La mayor parte de procesos de soldadura se pueden separar en dos categorías: soldadura por presión, que se realiza sin la aportación de otro material mediante la aplicación de la presión suficiente y normalmente ayudada con calor, y soldadura por fusión, realizada mediante la aplicación de calor a las superficies, que se funden en la zona de contacto, con o sin aportación de otro metal. En cuanto a la utilización de metal de aportación se distingue entre soldadura ordinaria y soldadura autógena. Esta última se realiza sin añadir ningún material. La soldadura ordinaria o de aleación se lleva a cabo añadiendo un metal de aportación que se funde y adhiere a las piezas base, por lo que realmente éstas no participan por fusión en la soldadura. Se distingue también entre soldadura blanda y soldadura dura, según sea la temperatura de fusión del metal de aportación empleado; la soldadura blanda utiliza metales de aportación cuyo punto de fusión es inferior a los 450 ºC, y la dura, metales con temperaturas superiores.

PROCESOS DE SOLDADURA CONVENCIONALES

Soldadura con Gas (oxiacetileno)

Proceso de soldadura por oxiacetileno (OAW)

FIGURA 1: (a) Vista general y (b) sección longitudinal de un soplete para soldadura con oxiacetileno. Se abre primero la válvula de acetileno; el gas se enciende con un chispero o una llama piloto. A continuación Se ajusta la válvula del oxígeno y se ajusta la llama. (c) Equipo básico para soldar con oxígeno y combustible gaseoso. Para asegurar que las conexiones sean correctas, todas las roscas para el acetileno son izquierdas, mientras que para el oxígeno son derechas. En general, los reguladores de oxígeno se pintan de verde y los de acetileno de rojo.

Generalidades del proceso y definición de términos

1.-  GAS: Estado de la materia, donde las moléculas se encuentran separadas unas de otras a una distancia mayor que en un sólido o un líquido. Los gases tienen la característica de ocupar el volumen del recipiente que los contiene.

2.- Combustible: Elemento o material que tiene la calidad de consumirse durante la combustión. Los principales combustibles se presentan en los tres estados de la materia. Ejemplos Líquidos: Gasolina, diesel, turbosina, etc. Sólidos: Carbón, madera, papel, etc. Y los gaseosos: Acetileno, propano, metano, butano, etc.

3.- Comburente: Gas que aviva o acelera la combustión (reacción química) los principales comburentes son: el aire formado por una mezcla de gases (Nitrógeno 78%, Oxigeno 21% y el restante 1% de gases nobles argón, Zenón, criptón, radón y algunos otros). El segundo comburente es el oxigeno puro.

4.- Combustión: Es una reacción entre una combustión que es consumido por un comburente. Ejemplos de combustión se tiene la generación de una flama domestica (de estufa), o bien cuando se consume una vela.

5.- Flama de soldadura para oxigas: Elemento necesario e indispensable para poder fundir los metales que se han de unir. Se generan por la reacción química entre el combustible y comburente, comúnmente oxigeno y acetileno. Aproximadamente la temperatura de la flama es de 3300 ºC, pudiendo obtener diferentes tipos de flama con la mezcla de los dos gases antes mencionados. Ejemplos: Flama neutra o normal. Flama carburante y también la flama reductora.

 De los tipos anteriores la de mayor aplicación y la más recomendada para trabajo de soldadura es la flama neutra o normal.

Equipo para soldar con oxiacetileno.

Cilindros de acetileno 

El cilindro de acetileno suele ser más corto y más ancho que el de oxígeno.

 

Reguladores 

El propósito o función principal de un regulador es reducir la presión muy alta de un cilindro a una presión de trabajo más baja y segura y permitir una circulación continua y uniforme del gas.

El funcionamiento del regulador 

El gas a alta presión entra al cuerpo del regulador por una boquilla controlada por una válvula y circula hacia adentro de la cámara en el regulador. La presión en la cámara aumenta hasta que es lo bastante alta para vencer la fuerza del resorte. Cuando la derecha y la válvula que está conectada con él, se cierra y evita que entre más gas a la cámara.

DIFERENTES FLAMAS Y SUS CARCTERISTICAS.

 Una de las características de la flama oxiacetilénica consiste en sus propiedades químicas por lo que su acción sobre el metal fundido  puede variar notablemente

 Las diferentes cacateristicas, se obtienen variando las proporciones relativas de oxigeno y acetileno en la mezcla de gases que arde en la punta del soplete.
 Las  válvulas del soplete además de cerrar y abrir los gases, permiten al operario el control de la graduación de la flama.

 Para hacer lo anterior, el operario debe estar familiarizado con la composición del metal base en que va a trabajar y conocer bien las diferentes flamas, características y modos de obtenerlas.

LA FLAMA OXIACETILENICA

 En la punta del dado de la flama se tiene la región mas caliente (3100ºC), luego va a la zona reductora que  corresponde a la reducción primaria con una temperatura de 2000º C y por último esta el penacho que es la región de combustión secundaria en que tiene influencia el aire del ambiente, cuya temperatura es de 1200ºC. 

Diversas zonas caloríficas de la flama Oxiacetilénica

Si el exceso de acetileno se reduce, las zonas reductoras desaparecen lentamente y en un momento se confunde con el dado obteniendo así la flama neutra.

 Si continuamos reduciendo, las regiones de la flama se limitan a 2, el dado y el penacho obteniendo así una flama oxidante. El dardo es puntiagudo y se escucha un sonido de “siseo”, además se observa como si el dado se desprendiera de la punta del soplete. 

Soldadura de Arco

En esta soldadura la fuente de calor es un arco eléctrico entre pieza y electrodo o entre dos electrodos.

Definiciones del proceso por arco Eléctrico (SMAW)

Proceso S.M.A.W. (electrodo Revestido)

 El proceso SMAW o mejor conocido como soldadura por electrodo revestido emplea el paso de un arco eléctrico a través de un electrodo metálico y el material a soldar. Este arco eléctrico produce el calor necesario para fundir el material base y al aporte originándose la mezcla de ambos en estado liquido que al solidificarse formarán el cordón de soldadura. Como todos los metales al calentarse es más fácil que se oxiden por lo cual a este electrodo se le coloca un revestimiento químico el cual dará propiedades específicas a la soldadura y formará una nube protectora contra el medio ambiente. Al solidificarse el fundente este protegerá al metal sólido de enfriamientos bruscos, así como contaminaciones por absorción de gases.

Fig. El circuito básico para soldadura con arco.

En el acelerado desarrollo tecnológico y la creciente aplicación industrial de la soldadura en los últimos sesenta años, en especial a partir de la segunda guerra mundial durante la cual recibió un impulso definitivo, dificulta la definición clara y precisa del concepto de soldadura. Según la A.W.S (American Welding Society) o sociedad americana de soldadura, dice:

Soldadura es la unión de piezas metálicas, con o sin material de aporte, utilizando cualquiera de los procedimientos generales:

a) Aplicando presión exclusivamente

b) Calentando los materiales a una temperatura determinada con o sin aplicación de presión. 

FACTORES PARA MANEJAR PROPIAMENTE EL PROCESO. - Diámetro correcto del electrodo. - Tipo de corriente apropiada - Correcta selección de cantidad de corriente (amperaje y voltaje). - Correcta longitud de arco. - Correcta velocidad de soldeo. - Ángulos correctos de aplicación.

Soldadura con electrodo de carbón

La mayoría de las soldaduras de arco se hacen ahora con electrodos metálicos. En la soldadura de electrodo de carbón, el arco produce una temperatura más alta que la llama de oxiacetileno y precisa metal de aporte. El proceso tiene el defecto de no protegen al metal caliente de la atmósfera. Aunque hay una variante de arco de carbón con gas que provee protección gaseosa.

Dada la facilidad de control del arco, esta soldadura es útil para fundición de hierro y cobre.

Soldadura con electrodo de metal

En teoría esta soldadura funde el electrodo y el metal original, suministrando el aporte necesario y acelerando la soldadura

La soldadura de arco con electrodos sin protección, consumibles, es dificultosa porque los arco tienden a ser inestables, razón por la cual se utiliza poco.

Se desarrollaron dos variantes de este proceso:

• Soldadura con electrodo de tungsteno

• Soldadura de arco de metal protegido

Soldadura de arco de metal protegido

Los electrodos revestidos consisten en un alambre de metal sobre el que se coloca un revestimiento de componentes químicos que optimizan el proceso de soldadura:

Proveen una atmósfera protectora

Estabilizan el arco

Actúan como fundente para remover impurezas

Previenen la oxidación y retardan el enfriamiento del metal fundido

Reduce la salpicadura

Agregan elementos de aleación

Afecta la forma de la moldura de la soldadura.

Los electrodos con revestimiento pueden ser calificados según la resistencia a la tracción de la soldadura, la posición de esta y el tipo de corriente y polaridad y tipo de cobertura.

Todos los electrodos van marcados con colores según normas internacionales.

Cuando la cobertura es fundida y vaporizada se libera una atmósfera protectora de gases que protege al metal caliente.

La inclusión de hierro pulverizado en la cobertura de los electrodos acelera el proceso de soldadura.

Las fuentes de energía para la soldadura de arco esta constituida por un generador (motor eléctrico o nafta) o un transformador y rectificador, estos últimas son las mas usadas en los últimos tiempos.

Los requisitos que deben cumplir estas fuentes son:

- abastecimientos de grandes valores

- uniformidad de tensión en caso de variación voltaica

Las máquinas de corriente alterna tienen baja potencia y si se operan varias a la vez deben conectarse a diferentes fases.

Las de corriente continua son trifásicas

Soldadura de arco de Tungsteno con gas (TIG)

FIG. Principios del proceso con gas y arco de tungsteno (GTAW). Si se requiere metal de aporte, se alimenta al depósito desde una barra de aporte separada.

La definición de la A W S para la soldadura de gas y arco de tungsteno llamada TIG, es “un proceso de soldadura con arco que produce la unión mediante el calentamiento con un arco entre un electrodo de tungsteno y la pieza de trabajo”. Puede emplearse o no metal de aporte. La protección se logra con gas o una mezcla de gases.

En esencia, el electrodo de tungsteno no consumible es un soplete, un dispositivo de calentamiento. Debajo de la cubierta de gas protector, los metales que van a unirse pueden calentarse arriba de sus puntos de fusión para que el material de una pieza se una con el de la otra pieza; cuando se solidifica la zona fundida se produce la unificación. Además, puede utilizarse presión cuando los cantos que se van a unir estén cerca de su estado de fusión con objeto de ayudar a que se unan. Esta soldadura no requiere metal de aporte.

Si la pieza de trabajo es demasiado gruesa para la simple fusión de los cantos colindantes y si se requiere de uniones de ranura o refuerzos tales como filetes, debe agregarse metal de aporte por medio de una barra de aporte alimentada dentro del depósito fundido en forma manual o mecánica. Tanto la punta del electrodo de tungsteno no consumible como la punta de la barra de aporte se mantienen debajo de la cubierta de gas protector conforme avanza la soldadura.

En la figura se ilustra el soplete para TIG. En la soldadura automática el alambre de aporte es alimentado a lo largo de una guía dentro del depósito fundido. Cuando van a colocarse uniones gruesas a mano, una variante en el modo de alimentación es colocar o presionar la barra de aporte dentro o a lo largo de la unión y fundirla junto con los bordes de ésta. Con el proceso TIG y metal de aporte pueden soldarse todos los tipos estándar de uniones.

Los materiales que pueden soldarse con el proceso TIG son casi todos los grados de aceras al carbono, aleación e inoxidables; aluminio y magnesio y la mayor parte de sus aleaciones; cobre y diversos latones y bronces; aleaciones de diversos tipos para altas temperaturas; numerosas aleaciones de revestimiento duro, y metales como titanio, zirconio, oro y plata. Este proceso está adaptado en especial para soldar materiales delgados cuando hay requisitos estrictos de calidad y acabado. Es uno de los pocos procesos adecuado para soldar objetos diminutos y de pared delgada, como cajas de transistores, diafragmas de instrumentos y fuelles de expansión delicados.

Soldadura de arco de metal con gas (MIG)

FIG. Principios del proceso de gas y arco metálico. Se alimenta un electrodo continuo de alambre macizo al arco protegido por gas.

La soldadura con gas y arco metálico, llamada MIG, utiliza un electrodo continuo para el metal de aporte y para la protección, un suministro externo de gas o mezcla de gas. El gas protector, helio, argón, dióxido de carbono o mezclas de ellos, protege el metal fundido para que no reaccione con los componentes de la atmósfera. Aun cuando la protección con gas es eficaz para proteger el metal fundido de aire, se suelen emplear desoxidantes como aleaciones en los electrodos. A veces, se aplican recubrimientos delgados en los electrodos para estabilizar el arco u otros fines. También, pueden aplicarse películas de lubricante para aumentar la eficiencia de la alimentación del electrodo en equipo semiautomático. Pueden incluirse gases reactivos en las mezclas para acondicionamiento del arco. En la figura 1-5 se ilustra el método con el cual se suministran el gas protector y el electrodo continuo al arco de soldadura.

La soldadura MIG puede utilizarse con todos los metales comerciales importantes, como los aceros al carbono, de aleación, inoxidables, el aluminio, magnesio, cobre, hierro, titanio y zirconio. Es el proceso preferido para soldar aluminio, magnesio, cobre y muchas de las aleaciones de metales reactivos. Casi todos los tipos de hierro y acero pueden unirse con MIG, incluso el hierro libre de carbono y los aceros al bajo carbono y baja aleación, los aceros de alta resistencia enfriados por inmersión y templados, los hierros y aceros al cromo, los aceros al alto níquel y algunos de los aceros llamados de superaleación. Según sea el material, las técnicas y procedimientos para soldar pueden variar mucho. Por tanto, el dióxido de carbono o las mezclas de argón y oxígeno son adecuadas para proteger el arco cuando van a soldarse aceras al bajo carbono y baja aleación; mientras que el gas inerte puro puede ser esencial al soldar aceros de alta aleación. Con este proceso, el cobre, muchas de sus aleaciones y los aceros inoxidables se sueldan con éxito.

La soldadura es semiautomática con una pistola manual, en la cual se alimenta el electrodo en forma automática, o puede utilizarse equipo automático. Las pistolas o cabezas para soldar son similares a las utilizadas para la soldadura con núcleo de fundente y gas protector.

Soldadura con Hidrogeno atómico.

Se mantiene un arco de corriente alterna entre dos electrodos de tungsteno. El gas de hidrogeno es disociado en el arco, cuando este se pone en contacto con la base de metal se combina, abandonando importantes cantidades de calor.

El gas hidrogeno alrededor de la soldadura provee la protección contra el oxigeno y Nitrógeno de la atmósfera.

Esta soldadura es de alta calidad y es usada para aceros de alta aleación, usándose también para materiales muy delgados.

Esta fue desplazada por soldadura de gas.

Soldadura de arco sumergida.

En esta soldadura el arco voltaico es mantenido debajo de un fundente granular. Puede usar corriente CA o CC.

El fundente provee completa protección del metal fundido y, por lo tanto, se obtienen soldaduras de alta calidad.

Como procedimiento básico el cabezal soldador se traslada a lo largo de la pieza automáticamente obteniéndose grandes velocidades de soldadura y por ende siendo posible soldar gruesas planchas y grandes volúmenes.

Se la utiliza para construcción de barcos o tubos de acero de grandes diámetro o de tanques.

Una variante de esta es el arco sumergido manual, en donde un cañón o embudo contiene el fundente, es sostenido y movido manualmente.

Soldadura de flujo magnético

Es una modificación de arco sumergido en donde se utiliza un fundente magnetizado por el campo eléctrico del electrodo de alambre originado por la corriente que fluye por el alambre. Tiene un control de cantidad de fundente mas preciso y virtualmente no hay fundente sin usar.

Soldadura con perno

Es un proceso de soldadura de arco donde la coalescencia es producida estableciendo un aro entre un perno metálico y la pieza, hasta que se produce la temperatura suficiente, y luego presionando el perno contra la pieza con suficiente presión para completar la unión. Se hace generalmente sin protección atmosférica.

La terminación del perno se ahueca y el hueco se rellena con fundente de soldar.

El operador tiene que colocar el perno y el casquillo de sujeción en la pistola, coloca la pistola en posición sobre la pieza y aprieta el gatillo. El ciclo es automático.

Tipos de soldadura de fusión y uniones

Hay 4 tipos básicos de soldadura de fusión:

• de pestaña : para hojas delgadas, reparación de superficies o aplicación de materiales de consistencia dura

• de ranura: para obtener resistencia en todo el espesor en materiales gruesos.

• de filete: uniones en T, solapa y esquinas. Puede ser continua o intermitente.

• tipo espiga : para vincular una pieza encima de otra evitando el uso de remaches o tornillos

Soldadura con Resistencia

La soldadura de resistencia es producida por el calor obtenido de la resistencia de la pieza de trabajo a temperaturas más bajas.

No hay fusión del metal, ya que la presión ejercida produce un forjado resultando de grano más fino la soldadura. La temperatura se obtiene en fracción de segundo por ende es muy rápida y económica y apropiada para la producción en masa.

El calor se obtiene por el pasaje de corriente eléctrica a través de la pieza a soldar, usa corriente alterna.

En este tipo de soldadura el control de la presión es de suma importancia dado que un exceso de presión hace que el material fundido salte de las superficies de empalme, y la baja presión provoca quemadura de las superficies y picadura de los electrodos.

La corriente generalmente se obtiene de un transformador reductor.

Soldadura de punto

La soldadura de punto es el tipo más simple y más usada de la soldadura de resistencia.

Se conecta y desconecta la corriente por medios automáticos y semiautomáticos. Esto produce una pepita de metal unido con muy poca o ninguna fusión y sin que salte el material.

Máquinas de soldadura

Con brazo oscilante : el electrodo inferior esta quieto y se mueve el superior, oscila alrededor de un pivote

de presión: electrodo superior comandado por cilindro neumático; para trabajos pesados o de alta producción; gran variedad de tamaños de máquinas.

portátil: transportable, usa una pistola conectada a la fuente de energía. La pistola puede uno de sus electrodos para dar la presión necesaria. Muy utilizada en la industria por su alta velocidad de producción

Tienen una variedad muy grande, casi todos los materiales dúctiles y aleaciones pueden ser soldados a punto, como ser chapa dulce (el más común), fundiciones, aluminio(altas corrientes, intervalo corto, baja presión), magnesio (limpieza superficial), cobre (es difícil), plata (difícil por su conductibilidad)

El límite practico del espesor es de 1/8 pulgadas si cada pieza tiene el mismo espesor. Se ha logrado hasta ½ pulgada de planchas de acera satisfactoriamente.

Soldadura de costura

Consiste en una serie de soldaduras de punto sobrepuestas, que de este modo forman una soldadura continua.

Constituida por dos discos que giran, cuando el material pasa por estos electrodos se conecta y desconecta corriente de soldadura, de modo que forma soldaduras elípticas individuales que se superponen formando una hilera. La duración debe ser regulada de manera que las piezas no se calienten demasiado y por ello se usa enfriamiento externo.

Se usa la soldadura de costura para tanques herméticos, de gasolina, silenciadores de automóvil, etc.

Para formas especiales se pueden usar electrodos recortados.

Tiene un alto nivel de producción.

Soldadura de saliente

Para hacer una soldadura de saliente se estampan en relieve hoyuelos, estos se colocan luego entre electrodos planos, se aplican corriente y presión, y como casi toda la resistencia del circuito está en los hoyuelos se concentra calor y se produce la soldadura.

Esta limitado por las dimensiones de la máquina.

Soldadura por chispas

Es un proceso de soldadura de resistencia donde la unión se produce simultáneamente por medio de calor obtenido de la corriente eléctrica entre las superficies y se completa por presión después del calentamiento.

Los equipos necesarios son costosos y de gran tamaño, pero pueden obtenerse muy buenas soldaduras a un alto ritmo de producción.

Se utiliza en caños, accesorios tubulares, ventanas metálicas.

Soldadura por recalcado

Se aplica continuamente una presión después que se aplica la corriente de soldadura. Como resultado de esto, la soldadura se produce a menor temperatura.

Las superficies deben estar limpias y adecuadamente preparadas para calentamiento uniforme y soldaduras fuertes.

Se usa para caños y tubos.

Soldadura por percusión

Se aplica una potencia de alta tensión sobre las piezas para luego chocar las partes con gran fuerza, produciéndose una descarga eléctrica muy grande que suelda los dos extremos.

Características:

• Deben soldarse 2 piezas distintas de metal (no sirve en una misma pieza)

• puede aplicarse a metales diferentes

• se aplica alambres, varillas, y tubos

• Es un método muy rápido

• El equipo es semiautomático

• No precisa material de aporte

• Alto costo del equipo

• Mantenimiento especial

• En algunos materiales se debe preparar la superficie

SOLDADURA AUTOMATIZADA

AUTOMATIZACIÓN Y ROBÓTICA

La historia de la automatización industrial está caracterizada por períodos de constantes innovaciones tecnológicas. Esto se debe a que las técnicas de automatización están muy ligadas a los sucesos económicos mundiales. El uso de robots industriales junto con los sistemas de diseño asistidos por computadora (CAD), y los sistemas de fabricación asistidos por computadora (CAM), son la última tendencia en automatización de los procesos de fabricación. Éstas tecnologías conducen a la automatización industrial a otra transición, de alcances aún desconocidos. En la actualidad el uso de los robots industriales está concentrado en operaciones muy simples, como tareas repetitivas que no requieren tanta precisión. El hecho de que en los 80´s las tareas relativamente simples como las máquinas de inspección, transferencia de materiales, pintado automotriz, y soldadura son económicamente viables para ser robotizadas. Los análisis de mercado en cuanto a fabricación predicen que en ésta década y en las posteriores los robots industriales incrementaran su campo de aplicación, esto debido a los avances tecnológicos en sensorica, los cuales permitirán tareas mas sofisticadas como el ensamble de materiales. Como se ha observado la automatización y la robótica son dos tecnologías estrechamente relacionadas. En un contexto industrial se puede definir la automatización como una tecnología que está relacionada con el empleo de sistemas mecánicos-eléctricos basados en computadoras para la operación y control de la producción. En consecuencia la robótica es una forma de automatización industrial. Hay tres clases muy amplias de automatización industrial: Automatización fija. Automatización programable. Automatización flexible.   La automatización fija.-  Se utiliza cuando el volumen de producción es muy alto, y por tanto se puede justificar económicamente el alto costo del diseño de equipo especializado para procesar el producto, con un rendimiento alto y tasas de producción elevadas. Además de esto, otro inconveniente de la automatización fija es su ciclo de vida que va de acuerdo a la vigencia del producto en el mercado.    La automatización programable.-  Se emplea cuando el volumen de producción es relativamente bajo y hay una diversidad de producción a obtener. En este caso el equipo de producción es diseñado para adaptarse a las variaciones de configuración del producto; ésta adaptación se realiza por medio de un programa (Software).  Por su parte la automatización flexible.-  Es más adecuada para un rango de producción medio. Estos sistemas flexibles poseen características de la automatización fija y de la automatización programada.  Los sistemas flexibles suelen estar constituidos por una serie de estaciones de trabajo interconectadas entre sí por sistemas de almacenamiento y manipulación de materiales, controlados en su conjunto por una computadora.  De los tres tipos de automatización, La Robótica coincide más estrechamente con la automatización programable.

SOLDADURA POR HAZ DE ELECTRONES

La característica principal de la soldadura por haz de electrones (Electron Beam Weiding, EBW) que la distingue de otros procesos de soldadura, es la posibilidad de concentrar una mayor cantidad de energía en zonas más reducidas. Esta elevada densidad de energía se consigue mediante la concentración de un haz de electrones de alta velocidad, producido por un cañón de electrones. El impacto de los electrones de alta velocidad sobre la pieza incremento la temperatura en la zona de impacto. Esta elevada temperatura puede ser utilizada como fuente de calor en distintas aplicaciones (soldadura, fusión, tratamientos térmicos, etc.) El proceso se realiza en una cámara de vacío para evitar la dispersión de los electrones en la atmósfera normal.

Un equipo típico de haz de electrones consta de un cañón en el que se genera el haz de electrones. El haz penetra en una cámara de vacío, por lo que es necesaria una instalación de vacío asociada al equipo. En el interior de la cámara se encuentran las piezas a soldar, con la consiguiente limitación de tamaño de las mismas y la necesidad de un tiempo adicional para realizar el vacío.

La tecnología de Soldadura por Haz de Electrones tiene unas aplicaciones características, entre las que destacan las siguientes:

• Soldadura de fuertes espesores (hasta 65 mm) de una sola pasada y sin aporte, lo cual supone un ahorro de tiempo y material.

• Soldaduras libres de contaminación, dada la atmósfera de alto vacío en la que se realiza el proceso.

• Soldaduras con deformaciones y tensiones mínimas debida a las reducidas dimensiones del cordón de soldadura (p.e. 4 mm de anchura para una penetración de 20 mm. en acero)

• Soldaduras de gran precisión en piezas reducidas; el pequeño diámetro del haz (0.5 mm) permite soldar zonas inaccesibles para cualquier herramienta.

• Se pueden soldar innumerables metales diferentes y metales refractarios (tungsteno, molibdeno).

• El haz de alta energía permite realizar tratamientos térmicos superficiales, tanto de temple, con el consiguiente endurecimiento de la superficie, como de refusión, obteniéndose mejoras en diversas propiedades del material (comportamiento a fatiga, desgaste, etc.)

En la soldadura citada se utiliza el calor generado en la superficie de impacto, para fundir el material y conseguir la unión del mismo al solidificar.

La transformación de energía cinética en calor se efectúa en un volumen muy pequeño, debido al pequeño diámetro del haz y a la escasa penetración de los electrones en el interior del material.

La principal característica de esta aplicación es la alta densidad de energía de la fuente de calor (no superada por ningún otro proceso).

Los cordones de soldadura ejecutados por haz de electrones presentan un aspecto característico de los llamados " procedimientos de alta concentración energéticas ", y tienen las siguientes ventajas:

• Cordones de soldadura muy estrechos, incluso en uniones de gran penetración.

• Posibilidad de unir piezas de gran espesor de una sola pasada

PARÁMETROS DEL PROCESO

Velocidad de soldadura:

Al incrementar la velocidad de soldadura se producirá un efecto opuesto, por ser menor el aporte energético por unidad de longitud.

Tensión de aceleración:

Al incrementarla se reduce el tamaño de la huella del haz y produce una zona fundida más pequeña y una soldadura más estrecha y profunda.

 Intensidad del haz:

Al incrementar la corriente del haz, incrementamos la energía del haz y posibilita una mayor penetración y una mayor velocidad de soldadura.

Diámetro del haz:

Para la soldadura de grandes espesores es más adecuado el uso de un haz muy fino, también podemos acceder a zonas muy estrechas y ejecutar uniones de gran precisión.

Distancia entre pieza y cañón:

Una distancia de trabajo pequeña permite una mayor concentración del haz sobre la superficie de la pieza.

 Efecto de la presión en el haz:

Sólo en valores de presión por debajo de 10-1 Pa podemos alcanzar la máxima efectividad de la producción de soldaduras relativamente profundas y estrechas.

SOLDADURA POR RAYO LASER

La soldadura con rayo láser (LBW, de laser-beam welding, en inglés) usa un rayo láser de alto poder como fuente de calor, y produce una soldadura por fusión. Como el rayo se puede enfocar en un área muy pequeña, tiene gran densidad de energía y, por consiguiente, capacidad de penetración profunda.

El rayo se puede dirigir, conformar y enfocar con precisión sobre la pieza. Por lo anterior, este proceso es adecuado especialmente para soldar uniones profundas y delgadas, con relaciones normales de profundidad-ancho entre 4 y 10.

En la industria automotriz, la soldadura de componentes de transmisiones es su aplicación más difundida. Entre muchas otras aplicaciones está la soldadura de piezas delgadas para componentes electrónicos.

El rayo láser se puede pulsar (en milisegundos) para tener aplicaciones como en soldadura por puntos de materiales delgados, con potencias hasta de 100 kW. Los sistemas de láser continuo de varios kW se usan para soldaduras profundas en secciones gruesas.

Posibilidades del proceso. Los procedimientos de soldadura con rayo láser producen soldaduras de buena calidad, con contracción y distorsión mínimas. Estas soldaduras tienen buena resistencia y en general son dúctiles y libres de porosidades. El proceso se puede automatizar, de tal modo que se use en diversos materiales con grosores hasta de 25 mm (1 pulg); es especialmente eficaz en piezas delgadas. En los metales y aleaciones que normalmente se sueldan están el aluminio, titanio, metales ferrosos, cobre, superaleaciones y los metales refractarios. Las velocidades de soldado van de 2.5 m/min hasta 80 m/min (8 a 250 pies/min), para metales delgados.

Por la naturaleza del proceso, la soldadura puede efectuarse en lugares inaccesibles por otros medios. En la soldadura con rayo láser tiene especial importancia la seguridad, por los riesgos extremos a los ojos y a la piel; los láseres de estado sólido (YAG) son especialmente peligrosos.

Las principales ventajas del rayo láser sobre el haz de electrones son las siguientes:

No se requiere un vacío, así que el rayo se puede transmitir por el aire.

Los rayos láser se pueden conformar, manipular y enfocar ópticamente, usando fibras ópticas, por lo que el proceso se puede automatizar con facilidad.

Los rayos no generan rayos X (y sí se generan con el haz de electrones).

Es mejor la calidad de la soldadura y tiene menor tendencia a fusión incompleta, salpicaduras y porosidades, y produce menos distorsión.

Como en otros sistemas análogos de soldadura automatizada, es mínima la destreza que se requiere en el operador. El costo de los equipos de soldadura láser va de 40,000 a 1 millón de dólares.

SOLDADURA POR PLASMA

La soldadura por arco de plasma (P.A.W.) es un proceso con muchos puntos comunes con el más conocido proceso T.I.G. de soldadura.

La diferencia fundamental estriba en la forma que adopta el arco eléctrico, dado que en el proceso T.I.G. éste se crea libremente entre el electrón y la pieza, y tiene una forma cónica. En el caso del proceso P.A.W., el arco eléctrico pasa por un orificio de constreñimiento situado en la boquilla de la pistola, que da lugar a una columna de plasma de forma cilíndrica que concentra una gran densidad de energía.

El nivel de energía conseguido a través del arco de plasma permite, en determinados casos, aumentar las velocidades de soldadura; en otros, aumenta el nivel de penetración de los cordones y, en general, permite una gran estabilidad del arco, desde valores inferiores a un Amperio (micro-plasma) hasta valores superiores a 300 Amperios (macro-plasma), así como un mejor control de la distorsión

Está compuesto por tres elementos principales y varios complementos auxiliares con las siguientes características:

• Equipo compacto de corriente alterna/continua, control de onda cuadrada modelo Transting AC/DC-350A de la firma BOC/ESAB y regulación de 5-325 Amperios.

• Control PW-300 de la firma ESAB para regulación de los parámetros del arco de plasma (gases y energía).

• Pistola P.T.W. 300 de aplicación automática para soldadura por plasma hasta 300 Amperios al 100% de F. U. refrigerada por agua.

Completan la instalación una serie de complementos como alimentador de hilo, mando a distancia, carro de desplazamiento lineal, mesa giratoria, gases, etc. que son requeridos en función de la aplicación del trabajo

CARACTERÍSTICAS

• Soldadura longitudinal de tubos de diferentes aleaciones aplicada en instalaciones automatizadas con altas velocidades de producción cercanas a 1 m/min en función del espesor.

• Soldadura orbital de tuberías por refusión de bordes en tubos de hasta 6 mm de espesor con una sola pasada.

• Fabricación de recipientes de acero inoxidable para almacenamiento de diferentes productos

• Soldadura de fuertes espesores a una sola pasada de materiales tales como titanio, cobre, níquel y aleaciones cromo-níquel utilizando la técnica de Key-hole llegando a obtenerse valores de 15 mm en el caso de las aleaciones de titanio.

• Soldadura de convertidores catalíticos de tubos de escape para automoción

Macrografía de unión realizado con plasma
en aleación base Titanio de 17 mm. de
espesor (1 sola pasada).

RECARGUE POR PLASMA DE ARCO TRANSFERIDO (P.T.A.)

El principio de funcionamiento del procedimiento de recargue por Plasma de Arco Transferido (P.T.A.) con aportación de aleación micro-pulverizada está basado en la formación entre el cátodo refractario y la pieza a recargar de una columna de plasma de Argón mantenida por un arco eléctrico.

El arco eléctrico así creado libera una alta densidad de energía que permite alcanzar temperaturas lo bastante elevadas como para controlar la fusión de las aleaciones que se utilizan como recubrimiento y depositarias en la superficie de la pieza, reduciendo al mínimo la dilución entre ambos materiales.

Tanto el arco de plasma como la aleación depositada están protegidos durante el proceso de recargue por una atmósfera de gas reductor que mejora las características del recubrimiento.

SOLDADURA ROBOTIZADA

Los robots son utilizados por una diversidad de procesos industriales como lo son: 

· La soldadura de punto
· Soldadura de arco
· Pinturas de spray
· Transportación de materiales
· Molienda de materiales
· Moldeado en la industria plástica
· Máquinas-herramientas, y otras más.

A continuación se hará una breve explicación de algunas de ellas

Soldadura por puntos. 

Como el término lo sugiere, la soldadura por puntos es un proceso en el que dos piezas de metal sé soldan en puntos localizados al hacer pasar una gran corriente eléctrica a través de las piezas donde se efectúa la soldadura. 

Soldadura por arco continua. 

     La soldadura por arco es un proceso de soldadura continua en oposición a la soldadura por punto que podría llamarse un proceso discontinuo. La soldadura de arco continua se utiliza para obtener uniones largas o grandes uniones soldadas en las cuales, a menudo, se necesita una cierre hermético entre las dos piezas de metal que se van a unir. El proceso utiliza un electrodo en forma de barra o alambre de metal para suministrar la alta corriente eléctrica de 100 a 300 amperes.

Marco García

marcogr23@hotmail.com

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