Tecnología

Soldadura: Treball de Recerca

Compartir 1 Me sirvió 0 No me sirvió

Introducció

Jo he triat aquest tema perquè crec que hi ha molta informació, i també perquè crec que és un tema bastant interessant dintre del que fa referència a l´àrea de Tecnologia.

El meu objectiu és fer un treball sobre les diferents tècniques de soldadura que hi ha, sobre els diferents equips que es fan servir en cada tècnica de soldadura. També citar els principals materials utilitzats per portar a terme la soldadura, i per últim esmentar algunes de les precaucions que cal tenir en compte a la hora de dur a terme la soldadura.

La soldadura és la unió de dues peces, de metall o de plàstic, de composició semblant. Aquesta unió s´aconsegueix fent una aportació de calor en el punt, la línia o la zona d'unió fins que aquesta zona arribi al seu punt de fusió, això farà que les molècules de les dues superfícies s´uneixin per formar una única peça. Algunes vegades aquestes peces no s´arribaran a fondre, si no que es recobrirà la zona d´unió amb un metall o aliatge fos que quan solidifiqui les deixarà unides.

Les diferents tècniques de soldadura més importants són la soldadura elèctrica per arc voltaic, la soldadura oxiacetilènica i la soldadura per punts.

Desenvolupament del treball de Soldadura

1- Preparació de les juntes de soldadura

Abans de dura a terme una soldadura qualsevol cal fer una preparació prèvia en el lloc on s´ha d´efectuar la unió. Aquest lloc rep el nom de junta (Fig.1). Més detalladament, una junta és l´espai que existeix entre les superfícies que es volen unir.

2- Soldadura tova o amb estany

La soldadura tova o amb estany és la que es fa amb metalls de fusió fàcil, com el plom i l´estany. Normalment no es fan servir l´estany i el plom sols , es fa servir una aliatge de tots dos, generalment un 60% d´estany (Sn) i un 40% de plom (Pb). També rep aquest nom perquè la seva resistència mecànica és baixa, així com la temperatura necessària per a la seva realització que normalment esta entre el 340 ºC i el 440 ºC.

El calor de la soldadura prové d´un soldador (fig.2), normalment elèctric, que segons el model pot donar una potència entre els 11 W i els 250 W. Aquest soldador generalment esta basat en una resistència que esta dintre d´un peça tubular refractari, i una punta de coure.

El procediment consisteix en deixar escalfar la punta del soldador fins que agafi la temperatura adient, quan al punta ha agafat la temperatura adient fem que aquesta toqui les peces que cal soldar per tal d´escalfar-les. Llavors podem agafar el metall, fent que aquest toqui la punta del soldador, així el metall es fondrà i omplirà els espais que hi havia entre les dues superfícies, la qual cosa farà que les superfícies quedin soldades formant un nou aliatge.

En aquest tipus de soldadura és molt important que les superfícies que s´han de soldar estiguin molt netes, perquè sinó les superfícies no es soldaran be.

L´aplicació més important la trobem en el camp de l´electrònica per unir components, ja que l´absència de flames i temperatures molt elevades permet que els components i els circuits no es malmetin. També es fa servir per unir xapes i peces de llautó, coure o bronze. A més, la soldadura tova té l´avantatge que amb la mateixa aportació de calor es poden dessoldar amb facilitat.

3- Soldadura elèctrica

3.1- Soldadura elèctrica per arc voltaic

La soldadura per arc voltaic consisteix en provocar un arc voltaic entre un elèctrode metàl·lic i la junta de les peces a soldar. Aquest arc elevarà la temperatura fins a formar un bany de fusió en la junta que s´han de soldar, i farà que l´elèctrode es fongui en forma de gotes líquides, que seran dipositades damunt de la junta, així es formarà un cordó de soldadura que se solidificarà ràpidament deixant-les unides. Aquest és un dels procediments més simples de tots els sistemes manuals.

Amb la soldadura elèctrica se solden bàsicament peces d´acer, però també alumini i, més difícilment, foses. En la majoria de construccions metàl·liques , com ara estructures, treballs de calderia, xassissos, bastidors, etc., s´utilitza aquest tipus de soldadura perquè és ràpida, econòmica i resistent. L´únic inconvenient que té és que no permet soldar peces de poc gruix.

3.1.1- Principi de funcionament (Fig. 3)

Si disposem d´un generador de corrent elèctric altern o continu i en un dels seus terminals hi connectem la peça que volem soldar, i a l´altre terminal hi posem un elèctrode, en posar un amperímetre en sèrie amb la pinça i un voltímetre en paral·lel entre la pinça i la peça a soldar, podrem veure el comportament de la intensitat i la tensió.

Si l´elèctrode està separat de la peça només tindrem tensió de buit, en canvi, quan la punta

de l´elèctrode entra en contacte amb la peça i fa el curtcircuit, el voltímetre marcarà zero i l´amperímetre una intensitat molt alta. Si quan es produeix el curtcircuit separem uns mil·límetres l´elèctrode de la peça, aquest formarà un arc voltaic i l´amperímetre marcarà una intensitat més petita que quan l´elèctrode estava en curtcircuit i el voltímetre marcarà tensió, però el valor d´aquesta serà més baixa que el valor de la tensió de buit.

La màquina de soldar elèctrica treballa amb una tensió que pot estar entre els 45 i els 70 V i amb una intensitat de 180 A. I la temperatura que es pot aconseguir durant el procés de fusió sol ser d´uns 6000ºC aproximadament.

3.1.2- Elèctrodes

El material d´aportació que es fa servir per unir les peces es coneix amb el nom d´elèctrode (Fig. 4), que consisteix en una vareta metàl·lica recoberta d´un revestiment que, en fondre´s damunt la junta, forma un bany de fusió necessari per unir les peces, i al mateix temps aquest bany de fusió queda recobert pel material del revestiment anomenat escòria.

La vareta està feta del mateix material que la peça que s´ha d´unir (material base). Els elèctrodes poden tenir diferents diàmetres: 1,6, 2, 2,5, 3, 3,25, 4, 5, i 6 mm, aquest diàmetres permeten dipositar més o menys quantitat de material en la junta.

El revestiment de la vareta està format de minerals com ara sorra, caolí, rútil, marbre, pols de ferro... La composició del revestiment depèn de cada fabricant i aquest la sol guardar en secret.

El revestiment té funcions diverses:

Ha de crear una atmosfera protectora de gasos i fums per aïllar les gotes del metall d´aportació de l´oxigen, hidrogen i nitrogen de l´aire, i així evitar que la soldadura s´oxidi i perdi part de les seves propietats mecàniques, això és per la dissociació dels gasos esmentats anteriorment. La dissociació és la separació reversible dels gasos poliatòmics en els seus àtoms O2 2O. Quan el gas rep l´energia de l´arc voltaic aquest es dissocia i es pot recombinar amb altres elements com, per exemple, el ferro de la fusió, que forma òxid fèrric.
Ha de facilitar l´encesa de l´arc i mantenir-lo encès sense interrupcions. L´operació d´encendre l´arc s´anomena encebament, per encendre l´arc d´un elèctrode cal que la màquina elèctrica pugui aportar una tensió superior (tensió d´encebament) que la tensió que necessita per soldar. Aquesta tensió superior és perquè part de l´energia subministrada serà absorbida en la dissociació dels gasos de l´aire que envolta la soldadura.

Ha de formar una capa d´escòria sobre el metall fos perquè aquest no es refredi ràpidament i provoqui esquerdes a la soldadura, fent que aquesta es trenqui més fàcilment. Aquesta capa d´escòria també protegeix el material d´aportació contra l´oxidació. L´escòria que prové dels minerals del revestiment té una densitat més baixa que la del bany de fusió, per això es queda al damunt de la soldadura.
També ajuda a fer arribar la gota fosa fins a la junta de soldadura, evitant que aquesta pugui caure en un altre lloc. Existeixen uns determinats tipus d´elèctrodes que faciliten la soldadura en posició vertical i sostre.
Fa una funció metal·lúrgica en aportar al bany de fusió elements que faran variar les característiques de resistència, duresa, tenacitat i corrosió.

3.1.3- Moviment i posició de la soldadura

Per dur a terme correctament la soldadura s´ha de donar al elèctrode un moviment determinat per fer una distribució correcta del metall fos (Fig.5). Aquest moviment varia segons quina sigui la posició de la peça que s´ha de soldar (Fig.6).

3.1.4- Equip de soldadura (Fig.7)

El més important d´un equip de soldadura és l´aparell de soldadura, que té la finalitat de transformar la tensió de la xarxa en una tensió més baixa per permetre d´elevar la intensitat, tota màquina disposa d´un regulador d´intensitat per poder-la adaptar a les necessitats de l´elèctrode. El transformador elèctric porta dos circuits: l´un d´entrada o primari, alimentat amb 220 o 380 volts de la xarxa, i l´altre de sortida o secundari, que treballa entre 45 i 70 volts. La intensitat que circula pel circuit secundari durant la soldadura és molt elevada, per tal de subministrar l´energia calorífica necessària per a la fusió, que es regula d´acord amb el diàmetre de l´elèctrode que es vol utilitzar.

L´equip també disposa d´una pinça portaelèctrodes que permet la subjecció de l´elèctrode, d´una pinça de massa que es connecta a la peça a soldar o a la taula metàl·lica que la suporta, d´una pantalla protectora per protegir el soldador dels raigs lluminosos, infrarojos i ultraviolats que desprèn l´arc voltaic i que són perjudicials per a la salut del soldador.

L´us de la pantalla protectora amb vidres adequats, guants i davantal de cuir són imprescindibles en aquests tipus de soldadura, ja que la intensitat lluminosa de l´arc voltaic és molt gran i les radiacions que se´n desprenen, molt perilloses, perquè poden provocar cremades a la pell, als ulls i fins i tot la ceguesa.

3.2- Soldadura per pressió i resistència elèctrica

Un altre procediment d´unir metalls, és la soldadura per resistència (ERW, Electrical Resistance Welding) que fa servir el calor generada per l´efecte Joule entre dos elèctrodes que fan pressió sobre les peces a soldar. Aquest principi s´aplica quan hem de soldar xapa fina d´acer, estigui o no recoberta amb un altre material, com és el cas d´un galvanitzat, niquelat, cromat o cadmiat.

Existeixen diferents mètodes que apliquen aquest principi, com la soldadura per punts; la soldadura per costura que es fa servir per soldar els bidons metàl·lics; la soldadura contínua per unir barres, tubs i perfils; la soldadura per guspira, per unir barres, tubs i perfils més gruixuts que l´anterior; i la soldadura per alta freqüència, quan s´han de fer les costures de tubs a partir de planxa gruixuda (màx. 25 mm).

3.2.1- Soldadura per punts

S´utilitza per soldar planxes d´acer de poc gruix, com ara carrosseries de cotxes, armaris metàl·lics, carcasses de planxa d´electrodomèstics, etc. Consisteix a fer passar el corrent elèctric a través de dos elèctrodes que fan pressió sobre un punt de contacte entre dues planxes. El corrent passa d´un elèctrode a l´altre travessant les planxes. En el punt on es toquen s´origina un alliberament d´escalfor suficient perquè es fonguin i quedin unides en el moment en què es deixa de fe pressió i se separen els elèctrodes i, per tant, deixa de circular el corrent. Com que l´acció és ràpida, no és complicat de fer punts de soldadura seguint el contorn de les planxes que es vol unir. Els elèctrodes estan connectats al secundari d´un transformador de característiques similars al de la màquina de soldar per arc voltaic.

3.2.1.1- Equip de soldadura per punts (Fig.8)

L´equip de soldadura per punts consta bàsicament de dos elèctrodes de coure amb elements aliats com ara el cadmi (Cd),el crom (Cr) o el tungstè (W). A més, hi ha un transformador de corrent altern monofàsic o trifàsic que ens pugui donar una tensió entre 1 i 30 volts i una intensitat que, en funció de la feina que calgui fer, oscil·li entre els 1.000 i els 100.000 ampers.

El procediment de soldadura per punts també té un alt nivell d´automatització, sobre tot a les indústries de carrosseria d´automòbils, electrodomèstics i mobles metàl·lics, en què els guixos que s´han de soldar no superen els valors compresos entre 0,1 i 20 mm, encara que en la realitat no superen els 8 mm.

3.3- Soldadura TIG (Tungsten Inert Gas) (Fig.9)

Un altre procediment de soldar és el conegut amb el nom de TIG. Aquest procediment consisteix en fer saltar l´arc voltaic amb l´ajuda d´un elèctrode format de tungstè no consumible, o que es gasta molt lentament, i protegir el bany de fusió fent servir un gas inert.

Si és necessari es pot fer servir material d´aportació. Aquest material s´afegeix al bany per mitjà d´una vareta sense recobriment.

La soldadura TIG es fa servir per a tota mena d´unions i posicions. Els materials que es poden soldar amb aquest procediment són acer no aliats, d´alta i baixa aleació; metalls

no fèrrics (alumini, coure, níquel...) utilitzant argó, heli i les seves mescles. Una altra de les seves aplicacions és la capacitat de soldar tubs de petits espessors, per exemple els quadres de bicicletes que tenen un cost econòmic elevat. Els espessors dels materials que es poden soldar amb la soldadura TIG van desde aproximadament 0,5 fins a 4 mm.

3.3.1- Gasos de protecció

Tal i com he citat abans, es fa servir un gas inert per aïllar el bany de fusió de l´exterior. Els gasos més emprats són l´argó (Ar), l´hidrogen (H), l´heli (He) i per últim el nitrogen (N), i dintre d´aquests les seves mescles com l´argó-hidrogen (Ar-H) i l´argó-heli (Ar-He).

L´argó és un gas noble, és monoatòmic, incolor, inodor i insípid. L´argó s´obté industrialment com a subproducte en fàbriques que treballen amb aire com a primera matèria, ja que es troba present en l´aire en proporcions del 0,94% en volum. El gas es subministra en bombones d´acer amb una pressió de 150 bars. L´argó te una densitat de 1,4 g/cm3, aquesta densitat proporciona bona protecció a l´arc voltaic. L´energia que necessita per ionitzar-se és baixa, cosa que facilita l´encebament i estabilitza l´arc. La seva baixa conductivitat tèrmica fa que la temperatura es concentri al voltant de la zona que cal soldar.

L´heli admet major voltatge d´arc, i en consecuencia, major penetració, això és perfecte per processos de fabricació automàtics.

Les mescles d´argó-heli es fan servir per soldar alumini i coure, aquestes mescles d´argó-heli, oscil·len entre el 25, 50 i 75% d´heli amb l´argó.

Per aconseguir majors rendiments en la soldadura manual o automàtica , es fan servir mescles a base d´argó més un 3,5 o 10% d´hidrogen. Aquest hidrogen te dos efectes favorables:

Augmentar la temperatura, per lo que permet major penetració o major velocitat.

Efecte de “neteja”, al se reductor te la avantatge d´eliminar els òxids.

El nitrogen no es pot fer servir com un gas inert, ja que, encara ho és a temperatura normal a la del arc elèctric es dissocia, i es combina amb el metall de soldar , reproduint nitrurs. El coure és l´únic material que amb el nitrogen no forma nitrurs. Es fa servir nitrogen sol o combinat amb argó al 50/50 en la soldadura TIG del coure.

En el quadre següent veiem les pureses dels gasos utilitzats en la soldadura TIG.

Tipus de gas

Puresa

Vol %

Tipus

ARGO

HELI

NITROGEN

HIDROGEN

99,99

99,9

99,5

Inert

Reductor

Actualment les companyies productores de gasos donen una qualitat en puresa molt pel damunt de la necessitada per la soldadura. És freqüent que quan es produeixen defectes de soldadura (porositats), el primer que s´investiga és el gas de protecció, l´experiència diu que hi ha altres causes:

Corrent d´aire en la zona de treball

Cabal erroni de gas (poc o molt)

Tovera de gas bruta (esquitxos)

Paràmetres de soldadura erronis (tensió molt alta)

Excés d´angle d´inclinació

Peces a soldar brutes (òxid, grasses, etc.)

Material base o vareta inadequats

Evidentment, també i poden haver errors humans que influeixen en la qualitat del gas de protecció. Si una ampolla ja buida es deixa durant el dia amb l´aixeta oberta i a ple sol, a la nit l´ampolla absorbirà humitat. Quan l´ampolla es carrega amb argó, poden tenir excessiva humitat i es perjudicial per a la salut.

3.3.2- L´equip de soldadura TIG (Fig.10)

L´instalació d´un equip TIG està formada per un generador de cc (corrent continu)/ca (corrent altern), un generador d´alta freqüència per resoldre el problema de l´encebament de l´elèctrode, un circuit de gas noble i un portaelèctrodes.

3.3.2.1- La font de corrent

La font de corrent, independent de la seva aplicació intrínseca, te sempre una característica descendent. Això és, la intensitat és més o menys independent de les variacions de tensió depenent en gran manera de la longitud de l´arc. Segons el tipus d´aplicació, la font de corrent es:

Per acer, coure, etc.: Font de corrent continua (convertidor, rectificador).

Per metalls lleugers: Font de corrent alterna (transformador)

Per molts motius, fins ara s´ha mantingut en el mercat per la soldadura TIG la font de corrent de tipus universal (corrent continu/corrent altern). Només vull indicar aquí que per

moltes aplicacions, entre elles la soldadura d´acers, les fonts de corrent continu tenen avantatges que per motius tècnics no poden proporcionar les de corrent continu/corrent altern.

Soldant amb corrent continu, en pràcticament tots els casos, el pol positiu està a la peça i el pol negatiu en l´elèctrode de tungstè (és a dir a la pistola).

Soldant amb corrent altern no s´ha de tenir en conta la polaritat, només és necessari que la maquina porti incorporat un filtre-condensador, que amb ell s´aconsegueix una neteja i velocitat de soldadura òptims.

3.3.2.2- El comandament

La regulació de la font de corrent i les seves funcions, agafa des de la més simple a la més complicada. En tots els casos tenen que realitzar-se les següents funcions:

Connectar i desconnectar la corrent

Connectar i desconnectar la sortida de gas

La manera més senzilla de fer-ho es la de encebar l´arc al tocar la peça amb l´elèctrode de tungstè i obrir o tancar la vàlvula al començar i al acabar de soldar.

Els inconvenients que presenta son:

L´elèctrode de tungstè sempre està amb tensió i, si per qualsevol causa toca la peça, pot danyar-la.

Si no es connecta la sortida del gas al començar a soldar, es danyarà l´elèctrode i la peça, o be si després de soldar no es tanca el gas, es produeix un gasto inútil d´argó amb la seva corresponent perduda econòmica.

Aquests clars inconvenients han motivat que encara en els instrument més senzills, la font de corrent es connecta i es desconnecta electricament i la sortida de gas es controla per una vàlvula electromagnètica. Per això a la font de corrent s´instala un contador en el primari, que és accionat després de la necessària transformació de tensió, amb un polsador.

3.3.2.3- Sistema d´encesa

En la soldadura TIG s´utilitza freqüentment un instrument per l´encebament de l´arc, en els casos:

En sistemes de corrent continu per evitar el contacte de l´elèctrode amb la peça (soldadures d´alta qualitat).

En soldadura amb corrent altern, en tots els casos.

L´encesa de l´arc sense contacte de l´electrode amb la peça, es fa normalment mitjançant pre-descarrega d´alta freqüència en l´espai entre elèctrode i peça. El procés es bastant complicat: es produeix una descarrega freda que després d´un curt període, dona lloc a una espurna d´alta freqüència, que provoca l´arc de soldadura . S´utilitza alta freqüència sobre tot perquè, l´alta tensió necessària (més de 1.000 V), no és fisicament perillosa.

3.3.2.4- Elèctrodes de tungstè

L´us d´elèctrodes de tungstè no consumibles es potser, el que diferencia més el procés TIG d´altres sistemes d´arc amb gasos (MIG-MAG).

El tungstè te un alt punt de fusió, el major de tots els metalls, fon a 3.410ºC (6.172ºF), això el fa pràcticament no fusible respecte als materials més soldats. A més posseeix la facultat de ser un gran emissor d´elèctrodes i ionitzar el gas de l´arc elèctric, això el fa molt estable.

Els elèctrodes comercials per soldadura son d´una puresa del 99.5% en tungstè. També existeixen en el mercat, elèctrodes de tungstè aïllats amb òxids de tori, circoni, etc. Aquests materials li donen capacitat de carrega i més duració.

Els elèctrodes son d´una longitud de 150 mm i amb diàmetres de 1 - 1.6 - 2 - 2,4 - 3 - 3,2 - 4 - 5 - 6,4 mm.

L´arc és més estable quan major és l´afí de la punta. Com a orientació cal dir que, per cc, el con te que ser de uns 494 i per corrent altern d´uns 90º.

Es te que insistir en la particularitat de l´angle del con i la neteja per aconseguir lo següent:

Millor encesa

Arc més estable

Major duració de l´elèctrode

Menor risc de despreniment de partícules de tungstè al bany de fusió

Major facilitat per reproduir paràmetres de soldadura

La vida normal d´un elèctrode es d´unes 50 hores, si dura menys es tenen que buscar les causes. També és vital per a la penetració, un correcte angle del con.

3.4- Soldadura MIG (Metal Inert Gas) (Fig.11)

La diferència que hi ha entre la soldadura TIG i la MIG és que en aquesta l´elèctrode és fusible. L´elèctrode s´alimenta automàticament amb una velocitat regulable i el bany de fusió també està protegit per un gas noble (Ar).

Una de les característiques més importants d´aquest procediment és que la soldadura pot ser manual, semiautomàtica o robotitzada. Quan és robotitzada o automàtica el cabal de gas protector, la velocitat de desplaçament del portaelèctrodes, l´alimentació de l´elèctrode i el corrent de la soldadura s´han de regular prèviament. Si és semiautomàtic, només cal controlar manualment la velocitat de desplaçament del portaelèctrodes.

El camp d´aplicació més important el troba en els tallers de planxisteria industrial, fusteries metàl·liques i planxisteries de l´automòbil.

Els fonaments d´aquest procés es basen en els següents punts:

Es fa un arc elèctric entre un elèctrode en forma de varilla continua, recoberta amb una fina pel·lícula de coure, i el material de base a soldar. La elevada aportació calorífica de l´arc fon a la vegada el material base i el fil continu, el qual es va aportant a la unió constituint el cordó de soldadura. Per això és necessari que aquest fil, que es subministra en forma de bobina enrotllada sobre un rodet, alimentat contínuament a una velocitat igual a la de la seva fusió en l´arc.

Protecció del bany de fusió mitjançant un flux gasos, que evita que el nitrogen i l´oxigen presents en l´atmosfera, entrin en contacte amb el metall fos i deteriorin les propietats metal·lúrgiques del cordó. La pròpia naturalesa d´aquest flux gasos fa que, a diferencia d´altres processos de soldadura on la

protecció es realitza principalment mitjançant un flux sòlid, tingui una aplicació problemàtica en presencia de corrents d´aire.

E tipus de gas de protecció ve en funció del material a soldar i el tipus d´acabat que es vol obtenir en el cordó. Es poden classificar en dos categories:

Gasos inerts, com l´argó o l´heli, anomenats així per la seva influencia totalment neutre en el bany de fusió. En la soldadura de l´alumini i els seus aliatges és indispensable la utilització de un gas inert donada la gran rapidesa d´oxidació d´aquests metalls a alta temperatura i la difícil eliminació dels seus òxids refractaris.

Gasos actius, com l´anhídrid carbònic i les mescles argó-oxigen, argó-anhídrid carbònic i argó-anhídrid carbònic-oxigen en diferentes proporcions. El procés de soldadura rep el nom de MAG.

En la soldadura d´acers s´usen els següents gasos:

Acers inoxidables: Mescles d´argó amb un, tres o cinc per cent d´oxigen.
Acers de baixa aleació: Anhídrid carbònic o be mescles d´argó i anhídrid carbònic (aquest últim sense superar el 30%).

L´elecció del gas influeix en el següents aspectes:

Penetració de la soldadura

Forma i aspecte del cordó

Quantitat de projeccions

En el quadre següent es resumeixen les influencies que exerceixen els diferents gasos en la soldadura d´un acer normal de construcció.

Argó

Mescles

CO2

Penetració

Forma

Aspecte

Projeccions

Menor

Molt pla

Molt llis

Poques

Mitjana

Pla

Llis

Poques

Major

Voluminós

Rugós

Moltes

En general el gas mescla s´utilitza en aquells casos en que una excessiva penetració és perjudicial per tratarse de soldadura de xapa fina, i també quan l´aspecte és factor important.

3.4.1- L´equip de soldadura MIG (Fig.12)

3.4.1.1- Font de corrent

La font de corrent subministra la potencia necessària per el manteniment de l´arc de soldadura i la fusió de fil. També consta de:

Transformador: Amb característica estàtica de tensió constant, que permet l´autorregulació del procés. Transforma la tensió de xarxa (220 o 380 V en el nostre país) en una tensió adequada per l´arc (de 30 a 70 V).

Rectificador: Converteix la corrent alterna proporcionada per el transformador en corrent continu, indispensable per obtenir un arc estable.

Ventilador: Gràcies a la extracció forçada del calor que es desprèn del transformador i del rectificador, per el pas de la corrent, permet la reducció del tamany de tots dos. És imprescindible la existència d´un dispositiu que impedeix el funcionament de la màquina quan el ventilador deixi de girar.

3.4.1.2- Sistema d´alimentació del fil

El sistema d´alimentació del fil consta de suport per la bobina, motor d´arrossegament i grup d´arrossegament del fil. El motor d´arrossegament és de corrent continu i la seva velocitat es regula mitjançant un circuit electrònic, això permet una variació continua i precisa. D´aquesta manera el radi d´acció de l´operari respecte a la font de corrent pot arribar a ser de 20 m, lo que permet soldar estructures de grans dimensions sense necessitat de desplaçar la mateixa.

3.4.1.3- Pistola de soldadura

La pistola de soldadura és una pinça especial de longitud fins 5m, i que està constituïda per una sèrie de conduccions que transporten el fil, el gas i la corrent fins el seu extrem. Algunes pistoles concebudes per soldar a intensitats elevades (per damunt de 300 A) porten dos conduccions d´aigua que refrigeren la zona de la pistola que rep major quantitat de calor de l´arc. Aquests conductes van units a traves de la caixa d´accionament del fil i de la manega que la uneix a la font de corrent, a un sistema de refrigeració que tanca el circuit i refreda l´aigua del mateix.

3.4.1.4- Sistema de protecció gasosa

El sistema de protecció gasosa està format per la botella de gas, el manorreductor i quan és necessari l´escalfador.

El gas protector es subministra normalment en botelles d´alta pressió. Quan el consum és elevat és possible també disposar d´un tanc o dipòsit connectat a una xarxa de distribució.

Quan el gas utilitzat sigui anhídrid carbònic, que està liquat, és necessari connectar un escalfador a la sortida de la botella per evitar que aquest gas al expansionar-se refredi excessivament els conductes de sortida.

Per passar de la pressió interior de la botella a la d´utilització en la màquina s´utilitza un manorreductor que en la majoria dels casos porta un instrument per mesurar el gas que surt de la botella.

3.4.2- Avantatges de la soldadura

La manca d´escòria simplifica les operacions de neteja.
La tècnica de soldar amb aquest procediment és relativament senzilla.
Les velocitats de soldadura superen les de la soldadura amb elèctrode revestit, perquè no és necessari aturar per canviar l´elèctrode.
La qualitat de la soldadura és millor perquè no hi ha interrupcions entre canvi i canvi d´elèctrode i s´elimina la possibilitat d´inclusions d´escoria, manca de fusió o fissuracions en el cordó.
L´augment de la velocitat d´avanç fa que l´amplitud de la zona afectada per el calor de l´arc sigui petita i les transformacions metal·lúrgiques d´aquesta zona es redueixin.
Permet de fer soldadures fines amb la mateixa facilitat que ho podria fer la soldadura TIG
És dels pocs procediments que permet de ser robotitzat.

4- Soldadura per fusió amb gas. Soldadura oxiacetilènica

En aquest procediment s´utilitza la combustió d´uns gasos com a aportació d´energia calorífica per fondre els metalls que cal soldar. Els gasos en combustió són capaços de produir temperatures de l´ordre de 3160ºC, aquest gasos son l´oxigen (O2) i l´acetilè (C2H2). Llevat d´algun cas particular, en aquest procediment els metalls que cal soldar han de ser iguals.

El procés de soldadura consisteix en escalfar la junta de soldadura fins que les seves cares es fonguin, i després es procedeix a omplir la junta amb metall d´aportació procedent d´una vareta, que és de la mateixa naturalesa que els metalls per soldar. Cal, a més, aportar pólvores desoxidants i fonents durant la realització de la soldadura, per tal de facilitar-ne la unió i evitar-ne l´oxidació. En alguns casos, si les peces a soldar són de poc gruix no cal el material d´aportació. Tanmateix, si les peces a soldar són grans caldrà escalfar-les prèviament en un forn o en una fornal.

La soldadura a gas, que també és conegut amb el nom de soldadura autògena, és el sistema de soldar més antic que es coneix. Abans de la seva utilització, les soldadures consistien en escalfar al foc de la fornal les dues peces d´acer que calia soldar, i amb l´ajuda de la forja s´anaven solapant els dos materials fins a formar-ne un de sol.

Per obtenir una bona soldadura, cal que la flama del combustible tingui unes determinades qualitats:

Tèrmiques. Una flama sempre ha de sobrepassar àmpliament el punt de fusió del material a soldar, perquè ha de contrarestar les pèrdues degudes a la conducció (la zona on es fa la unió transmet el calor a tota la peça), radiació (el mateix material absorbeix el calor per arribar al seu punt de fusió) i convecció (entre la temperatura de la zona de soldadura i el medi ambient hi ha un intercanvi de calor).
Químiques. Una soldadura necessita que la flama redueixi l´oxigen fruit de la combustió; quan la reacció química genera oxigen, aquest tendeix a oxidar el material perjudicant-ne les propietats mecàniques.

La soldadura amb una flama que reuneix totes les qualitats anteriorment descrites, a més de permetre una bona velocitat d´execució de la soldadura i tenir un bon preu, és la anomenada soldadura oxiacetilènica. En aquesta soldadura es crema una mescla de gas acetilè (C2H2) i d´oxigen (O2) amb una proporció d´un volum d´acetilè per un d´oxigen, d´aquí li ve el nom de soldadura oxiacetilènica. La reacció de combustió és la següent:

C2H2 + O2 + 2CO + H2 + calor (reacció de reducció)

Una altra propietat que té l´acetilè fa referència a la seguretat. La densitat de l´acetilè (1,095 kg/m3, a 15 ºC i a 1 bar de pressió) és el 10% més lleugera que la densitat de l´aire, i si per alguna raó hi hagués alguna fuita de gas aquesta es volatilitzaria ràpidament cap amunt i desapareixeria en l´atmosfera; en canvi, els gasos més pesants que l´aire, davant una possible fuita, baixen cap a terra formant bosses de gas explosives: entre el gasos combustibles el metà també és més lleuger que l´aire, però aquest té una flama oxidant.

4.1- L´equip de soldadura oxiacetilènica (Fig.13)

L´equip necessari per fer una soldadura oxiacetilènica és el següent:

Una ampolla d´oxigen i una altra d´ acetilè. Per exigències de la normativa, cada una d´elles ha de portar un manòmetre-reductor de pressió i una vàlvula de seguretat.
Mànegues per a cada gas

Un bufador (Fig.14) on es barregen ambdós gasos que surten per un injector a una velocitat aproximadament de 150 m/s; aquesta velocitat serà la garantia que la flama no es propagui cap a dins de l´ampolla.

Ulleres que protegeixen dels raigs infrarojos i dels raigs lluminosos.
Davantal i guants per protegir-te de les gotes de soldadura que puguin sortir disparades.
Un desoxidant que netegi la peça de greixos, òxids o qualsevol altre tipus de brutícia. Amb aquest desoxidant, en forma de pasta, es cobreix la peça i el material d´aportació quan la peça té un determinat gruix.

Un quants broquets, un d´aquests oxitall (Fig.15), aquest broquet oxitall serveix per tallar un material mitjançant la fama d´un bufador oxhídric o oxiacetilènic.

5- Soldadura forta o groga

Una variant de la soldadura oxiacetilènica similar a la soldadura tova és la soldadura forta o soldadura groga, on no es fonen els metalls a unir sinó que s´uneixen amb un aliatge d´aportació, generalment llautó, aliatges de plata i d´alumini. El nom de groga li ve pel color del llautó, que és el més emprat com a material d´aportació. En tots els casos la temperatura de fusió de l´aliatge d´aportació és inferior a la dels metalls a unir, però molt més elevada que en la soldadura tova, de 800 a 1.100ºC, segons l´aliatge d´aportació. Per això és necessari l´equip de la soldadura oxiacetilènica.

La resistència de la soldadura és superior a la soldadura tova però inferior a la soldadura on es fonen els materials a unir. S´usa bàsicament quan els materials que cal unir són diferents i no convé fondre´ls, i es necessita una resistència mecànica superior a la de la soldadura tova.

6- Desoldadura

Avui en dia, on s´imposa l´us del circuit imprès, és imprescindible disposar de soldadors especials per desoldar els components o parts del circuit a refer i, conseguir el domini de la desoldadura.

Desoldant correctament s´aconsegueix:

Deixar lliure de partícules d´estany la superfície del circuit, evitant circuits ocasionats per aquestes partícules.

Menor escalfament en la operació, en benefici de components pròxims aïllants i del propi circuit imprès.

Deixar els orificis oberts per a la col·locació del nou component.

El funcionament del desoldador és així: s´afegeix la punta buida en el punt a desoldar, es fon l´estany i s´aspira mitjançant el buit. L´estany aspirat passa per el tub fins el filtre, on que dipositat i pot ser tret quan es desitgi.

A les avantatges indicades hi ha que afegir: la de poder treballar amb una sola mà i sense preses, ja que una vegada desoldat el component queda solt per a ser retirat; en alguns casos, segons la posició, caurà sol.

Com en els soldadors normals, es te que utilitzar una punta adequada segons la desoldadura que vagi a efectuar.

En el cos va allotjat un element calefactor que escalfa la punta buida..

En el cas de que el component sigui difícil de treure per no ser accessible els punts de soldadura, es procedeix a trencar el component deixant els terminals llargs per soldar en ells el nou component.

7- Precaucions

Per soldar mitjançant l´arc voltaic cal prendre un seguit de precaucions , ja que l´espurna elèctrica, a més de la gran intensitat de llum que produeix, genera radiacions ultrviolades, molt perilloses per a la vista, que poden cremar la pell. A més a més es desprenen fums nocius i salten guspires d´acer fos. Per això cal posar-se una careta protectora que porta un vidre que atenua la lluminositat de l´espurna i filtra les radiacions. També cal posar-se un davantal de cuir i guants per evitar cremades, i cal soldar en llocs ventilats.
Per soldar amb el bufador oxiacetilènic, cal posar-se ulleres protectores que disminueixen l´efecte de la llum que produeix l´estat incandescent dels metalls, tot i que no és tant forta com la llum de la soldadura elèctrica ni produeix radiacions perilloses. També cal posar- se guants i davantall de cuir.

Glossari

Resistència: Oposició que presenta un cos al pas del corrent elèctric, a causa de la qual l'energia elèctrica es converteix en calor. En corrent continu la resistència és igual al quocient entre la diferència del potencial entre els extrems del conductor i la intensitat del corrent que hi circula; en corrent altern hom parla de resistència efectiva. Hom la representa per R; la unitat de mesura és l'ohm.

Aliatge: Substància metàl·lica composta de més d'un element. Els constituents dels aliatges són solucions sòlides, combinacions o mescles íntimes heterogènies de dos o més metalls, i combinacions d'un o més metalls amb elements no metàl·lics, que manifesten propietats metàl·liques. Exemples d'aliatges corrents són l'acer, el llautó, el bronze, el cuproníquel i el duralumini.

Generador: Màquina, aparell o dispositiu que produeix energia elèctrica amb una tensió (o un corrent) d'unes característiques determinades. Els generadors més corrents són els dinamoelèctrics, emprats per a la producció industrial d'electricitat, que són màquines elèctriques que transformen l'energia mecànica en elèctrica; per a corrent altern és emprat l'alternador, i per a corrent continu, la dinamo.

Voltímetre: Aparell per a mesurar tensions en volts. Essencialment és un galvanòmetre connectat en sèrie amb una resistència de valor elevat. Són emprats tots els tipus de galvanòmetre, però és corrent el de bobina mòbil, per a corrent continu, i el de ferro mòbil, per a corrent altern.

Tenacitat: Propietat dels cossos que resisteixen els esforços de tracció tot deformant-se i estirant-se abans de trencar-se. Abans de començar la construcció d'una màquina, d'un pont, d'un edifici, etc, en el càlcul de la resistència de les seves peces i dels seus elements, cal determinar la tenacitat dels metalls i d'altres materials que hi seran emprats. En el cas dels metalls, la tenacitat és determinada a partir del límit d'elasticitat, la càrrega i l'allargament de ruptura i l'estricció.

Transformador: Aparell estàtic d'inducció electromagnètica, destinat a transformar un sistema de corrents variables en un o diversos altres sistemes de corrents variables, d'intensitat i de tensió generalment diferents però de la mateixa freqüència. El transformador és un element bàsic per a la utilització del corrent altern com a font d'energia pràctica, tant industrial com domèstica.

Ionització: Procés de ruptura dels enllaços electrònics en els àtoms, que produeix la formació de parelles d'ions de càrregues oposades. Els principals mecanismes d'ionització són la col·lisió dels àtoms o molècules amb altres àtoms i ions, la interacció amb algun tipus de radiació i l'aportació de calor.

Conductivitat tèrmica: La conductivitat tèrmica mesura de la capacitat de conducció tèrmica d'una substància, de valor igual al quocient entre la densitat de flux tèrmic i el gradient de temperatura existent: q=-l ÑT. La unitat SI de conductivitat tèrmica és el Wm-¹K-¹.

Nitrur: Cadascuna de les combinacions binàries del nitrogen amb un metall o un no-metall. Són molt nombrosos i no es troben en estat natural, llevat del nitrur de titani, que ha estat detectat en els meteorits. Hom obté els nitrurs per unió directa del metall i el nitrogen o per la reacció d'obtenció Al2O3 + 3C + H2 => 2AlN + 3CO, anomenada procés industrial Serpek, que empra el nitrogen de l'aire.

Convertidor: Aparell, màquina o dispositiu elèctric, destinat a transformar un corrent elèctric d'unes característiques determinades en un altre de característiques diferents. Poden ésser rotatius o estàtics. Sovint els convertidors són emprats per a convertir el corrent altern en continu, o al revés, el continu en altern. Els primers són anomenats rectificadors, i els segons, onduladors. En el corrent altern, els convertidors poden ésser per a corrent monofàsic, trifàsic o polifàsic en general (p ex, hexafàsic). Els convertidors de freqüència són els que transformen corrent altern d'una certa freqüència en corrent altern d'una altra freqüència, i els convertidors de fase són els destinats a transformar un sistema de corrents alterns polifàsic en un altre de la mateixa freqüència però de diferent nombre de fases.

Rectificador: Dispositiu o element destinat a produir una rectificació d'un corrent altern. Els rectificadors mecànics, amb contactes mòbils, són molt poc utilitzats; un tipus n'és el col·lector de la màquina de corrent continu. Els utilitzats actualment són estàtics i constituïts per díodes, que poden ésser de buit, de gas o d'estat sòlid, els més utilitzats; per a grans potències és emprat encara el rectificador de vapor de mercuri.

Departament de Tecnologia

_______________________________________________________________________________________

- 25 -

Soldadura: Treball de Recerca