La soldadura con gas caliente es un proceso manual de soldadura de plástico para unir materiales termoplásticos . Se utiliza un soplete de gas caliente para dirigir aire caliente tanto a la superficie de la junta como a la varilla de soldadura, calentando los materiales a su temperatura de ablandamiento. La aplicación de presión sobre la varilla de soldadura calentada a la superficie de la junta une los materiales para formar una soldadura completa. Esta técnica no se automatiza fácilmente y se utiliza principalmente para reparaciones o necesidades de fabricación individuales de componentes pequeños o complejos.
Técnicas de soldadura
Hay dos formas comunes de técnicas de soldadura utilizadas en la soldadura con gas caliente: soldadura manual y soldadura rápida. La soldadura por puntos se puede utilizar para colocar los componentes en posición para realizar el proceso de soldadura real.
Soldadura manual
La soldadura manual es una técnica en la que el soldador aplica directamente la varilla de soldadura a la junta. Esto también se conoce como soldadura a mano alzada o soldadura con abanico . [1] El soplete de gas caliente se maniobra con una mano para calentar tanto la varilla de soldadura como las superficies de unión en forma de péndulo en rápida sucesión. Se aplica presión a la varilla de soldadura y se controla a mano sin la ayuda de una boquilla. Esta técnica es adecuada para la mayoría de las configuraciones y puede ser beneficiosa para soldar áreas estrechas, restringidas o diseños de juntas complejos, ya que la aplicación de la varilla de soldadura solo se limita a las posiciones de soldadura alcanzables.
Soldadura rápida
La soldadura rápida emplea una boquilla especialmente diseñada que permite que el soplete de gas caliente y la varilla de soldadura sean un sistema cohesivo. La boquilla facilita la aplicación de la varilla de soldadura a la junta a través de un tubo alimentador. La boquilla calienta uniformemente el material de la varilla de soldadura y permite una aplicación controlada de presión. La parte inferior de la boquilla está diseñada para calentar la superficie de la junta y guiar la varilla de soldadura hacia la ranura. Las boquillas se fabrican para que los tubos de alimentación se adapten a formas y dimensiones específicas de varillas de soldadura y están disponibles para varillas redondas o triangulares de tamaños comunes. El uso de la soldadura rápida se limita a aplicaciones de diseño y orientación de juntas simples debido al tamaño de la boquilla y la maniobrabilidad del sistema. [1]
Parámetros de proceso
La temperatura del gas, la presión de aplicación, la velocidad de desplazamiento de la soldadura, el caudal de gas y la orientación de la antorcha influyen en la integridad y las propiedades mecánicas de la soldadura terminada. La temperatura y el caudal del gas son parámetros controlables basados en las entradas del sistema. La presión de aplicación, la velocidad de desplazamiento de la soldadura y la orientación de la antorcha dependen del operador que realiza la soldadura. Estos parámetros están interrelacionados y todos tienen un impacto significativo en la calidad final de la soldadura.
Temperatura y caudal del gas
La temperatura del gas es una entrada controlada cuya precisión debe monitorearse antes de iniciar el proceso de soldadura. Las temperaturas del gas caliente se seleccionan en valores superiores a la temperatura de fusión o transición vítrea del material . Se requiere una temperatura suficiente para superar la energía de activación de los materiales, lo que resulta en una reducción de la viscosidad y un aumento en la fluidez para soportar la difusión a través de la interfaz de soldadura. La exposición prolongada a temperaturas elevadas que exceden las recomendaciones del fabricante del material puede resultar en oxidación, distorsión o deterioro molecular, lo que puede provocar fallas en las juntas. [2] La calibración y verificación de la salida deben realizarse después de que la temperatura del gas se haya estabilizado en la pistola de soldadura. Las boquillas de punta rápida enfocan el calor directamente en la junta en una región específica, lo que resulta en una transferencia de calor efectiva a las superficies de soldadura. Si no se mantiene suficiente velocidad de desplazamiento de la soldadura, las temperaturas de soldadura recomendadas por encima del vidrio o la temperatura de fusión del material en estas regiones de soldadura pueden excederse y provocar defectos. [1]
La expansión térmica del proceso de soldadura puede resultar en distorsión y desarrollo de defectos de soldadura si los componentes de la pieza no están debidamente asegurados. También se debe considerar el material de la superficie de trabajo para evitar pérdidas de calor que pueden resultar en falta de penetración o falta de fusión debido a un calentamiento inadecuado de las superficies de las juntas. [1] [2]
Es necesario un caudal de gas caliente suficiente para mantener un calentamiento adecuado y uniforme de la varilla de soldadura y las superficies de las juntas. El caudal se puede controlar mediante el uso de un soplador o un compresor de aire. Para evitar la contaminación de la soldadura, el gas caliente suministrado debe estar libre de humedad y no debe contener impurezas. Se puede utilizar un soplador o compresor del tamaño adecuado para varios sopletes de gas caliente si uno no está integrado en la pistola de soldadura individual. [1]
Energía de soldadura
La energía de soldadura impartida en la superficie de la soldadura durante la soldadura con gas caliente se puede utilizar para predecir la resistencia general de la junta terminada. La energía de soldadura ( E w ) se determina usando la temperatura del gas y el caudal usando la siguiente relación:
donde los parámetros del gas caliente incluyen el calor específico ( c p ), la temperatura inicial y final ( T 1 y T 2 , respectivamente), el caudal volumétrico ( q v ) y la densidad (). Estas propiedades se dividen por la velocidad de desplazamiento de la soldadura ( S w ). [2] Los estudios realizados en materiales semicristalinos concluyen que cuanto mayor es la entrada de energía de soldadura en la superficie, mayor es la resistencia de la unión. [2] Una alta energía de soldadura se ha relacionado con una menor viscosidad de la superficie de soldadura. Una superficie menos viscosa permite una mayor difusión a través de la interfaz de soldadura, lo que resulta en una soldadura más fuerte, mientras que una viscosidad más alta no admite la difusión tan fácilmente y puede resultar en una menor resistencia de la unión. [3]
Las propiedades del gas caliente varían según el tipo de medio utilizado para la soldadura. El aire se utiliza en la mayoría de las aplicaciones. En ciertos casos, el fabricante del material puede recomendar el uso de otros tipos de gas caliente, como dióxido de carbono o nitrógeno, cuando exista un riesgo potencial para la salud y la seguridad en otras condiciones de soldadura. [1]
Presión
La presión de aplicación afecta la penetración general de la soldadura y la calidad de la unión. La presión se aplica manualmente ya sea a través de la varilla de soldadura directamente o a la boquilla Speed Tip. [3] La técnica de soldadura y el diseño de la junta influyen en la cantidad de presión que se traslada a la soldadura.
Una presión inadecuada puede resultar en porosidad en la interfaz de soldadura, mala humectabilidad y ausencia de defectos de fusión. El gas caliente puede quedar atrapado entre la varilla de soldadura y la superficie de la junta, lo que da como resultado la formación de poros. Una forma de reducir la presencia de poros es establecer un espacio entre las raíces como parte del diseño de la junta a través del cual pueden escapar los gases calientes. [2] Las regiones no fundidas de la soldadura y la presencia de poros pueden reducir significativamente la resistencia general de la junta.
La aplicación de presión puede ser menos efectiva en la soldadura manual en comparación con la utilización de una punta de velocidad; sin embargo, ambos dependen de la habilidad del operador. Los diseños de juntas de doble V son adecuados para soportar una mayor presión de soldadura efectiva en comparación con las juntas de una sola V y son menos propensos a deficiencias de fusión. [2]
Velocidad de desplazamiento de la soldadura
Las propiedades del material de los componentes que se están soldando, la temperatura del gas caliente, el tamaño de la varilla de soldadura y la técnica utilizada influyen en la velocidad de desplazamiento de la soldadura. Debido a la naturaleza manual de la soldadura con gas caliente, este proceso suele ser más lento que otros métodos de soldadura termoplástica. Se puede obtener una mayor velocidad de desplazamiento de la soldadura utilizando una punta de velocidad. La localización de gas a alta temperatura en la superficie de soldadura permite que los termoplásticos se calienten más rápido y fluyan más fácilmente, lo que resulta en un aumento en la velocidad de soldadura capaz. [2] Una velocidad de soldadura demasiado rápida puede estirar la varilla de soldadura, llenando la junta de manera desigual y comprometiendo la resistencia general de la soldadura. Si la velocidad es demasiado lenta, pueden producirse daños en la soldadura debido a una exposición prolongada a altas temperaturas.
Orientación de la antorcha
El ángulo de orientación del soplete y la varilla de soldadura depende de la técnica de soldadura, el material de la varilla y el diseño de la junta.
Soldadura rápida
Para establecer una presión constante mientras se mantiene la alineación adecuada con la ranura de la junta durante la soldadura rápida de la punta, se recomienda que el soldador coloque su agarre debajo de la pistola de gas caliente. Se logra suficiente penetración y calidad de soldadura cuando la varilla de soldadura se presiona ligeramente a medida que se alimenta a través del tubo alimentador y se mantiene un movimiento de tracción hacia abajo simultáneo a una velocidad de desplazamiento constante a lo largo de la pasada de soldadura. [1]
Soldadura manual
La orientación de la varilla de soldadura a la ranura depende del material en las aplicaciones de soldadura manual. Los ángulos de varilla de soldadura recomendados se establecen para materiales basados en lograr una penetración adecuada sin introducir fallas o tensiones adicionales en la junta. Un posicionamiento preciso dará como resultado un efecto visible de " onda de arco " en la raíz, lo que indica que se produjo una difusión a través de la interfaz de soldadura. Un ángulo inadecuado puede provocar un calentamiento desigual y defectos de soldadura o una presión insuficiente para producir una unión fuerte. [1]
Cualificaciones de soldador
En aplicaciones industriales, los procesos de soldadura con gas caliente son ejecutados con éxito por operadores capacitados y calificados que han sido certificados en el proceso como se detalla en EN 13067 o AWS B2.4. [3] EN 13067 es la norma internacional para la calificación de soldadores para ensamblajes soldados termoplásticos, que incluye técnicas y procesos de soldadura con gas caliente. La American Welding Society (AWS) publicó AWS B2.4 como estándar estadounidense para la calificación de los procedimientos y el rendimiento de soldadura termoplástica. Estos estándares detallan la técnica adecuada y el diseño de juntas que se utilizarán para diversas situaciones de soldadura.
Referencias
- ^ a b c d e f g h Manual de unión de plásticos: una guía práctica . Troughton, Michael John (2ª ed.). Norwich, Nueva York: William Andrew. 2008. ISBN 9780815515814. OCLC 302420421 .CS1 maint: otros ( enlace )
- ^ a b c d e f g Balkan, Onur; Demirer, Halil; Ezdeşir, Ayhan; Yıldırım, Hüseyin (1 de abril de 2008). "Efectos de los procedimientos de soldadura en las propiedades mecánicas y morfológicas de láminas de PE, PP y PVC soldadas a tope con gas caliente". Ingeniería y ciencia de polímeros . 48 (4): 732–746. doi : 10.1002 / pen.21014 . ISSN 1548-2634 .
- ^ a b c Marczis, B .; Czigany, T. (2006). "Interrelaciones entre parámetros de soldadura de polipropileno soldado con gas caliente". Ingeniería y ciencia de polímeros . 46 (9): 1173-1181. doi : 10.1002 / pen.20570 .