La soldadura por puntos (o soldadura por puntos por resistencia [1] ) es un tipo de soldadura por resistencia eléctrica que se utiliza para soldar diversos productos de chapa metálica, mediante un proceso en el que los puntos de la superficie metálica en contacto se unen mediante el calor obtenido de la resistencia a la corriente eléctrica .
El proceso utiliza dos electrodos de aleación de cobre con forma para concentrar la corriente de soldadura en un pequeño "punto" y sujetar simultáneamente las láminas. Las piezas de trabajo se mantienen juntas bajo la presión ejercida por electrodos. Normalmente, las hojas tienen un rango de espesor de 0,5 a 3 mm (0,020 a 0,118 pulgadas). Forzar una gran corriente a través del punto derretirá el metal y formará la soldadura. La característica atractiva de la soldadura por puntos es que se puede entregar mucha energía al punto en muy poco tiempo (aproximadamente de 10 a 100 milisegundos). [2] Eso permite que se produzca la soldadura sin un calentamiento excesivo del resto de la hoja.
La cantidad de calor (energía) entregada al lugar está determinada por la resistencia entre los electrodos y la magnitud y duración de la corriente. [3] La cantidad de energía se elige para que coincida con las propiedades del material de la hoja, su grosor y el tipo de electrodos. Aplicar muy poca energía no derretirá el metal ni producirá una soldadura deficiente. Aplicar demasiada energía derretirá demasiado metal, expulsará material fundido y hará un agujero en lugar de una soldadura. [4] Otra característica de la soldadura por puntos es que la energía entregada al punto se puede controlar para producir soldaduras confiables.
Proceso y equipo [ editar ]
La soldadura por puntos comprende tres etapas; el primero de los cuales implica que los electrodos se lleven a la superficie del metal y se apliquen una ligera cantidad de presión. La corriente de los electrodos se aplica luego brevemente, después de lo cual se elimina la corriente, pero los electrodos permanecen en su lugar para que el material se enfríe. Los tiempos de soldadura oscilan entre 0,01 segundos y 0,63 segundos, dependiendo del grosor del metal, la fuerza del electrodo y el diámetro de los propios electrodos. [ cita requerida ]
El equipo utilizado en el proceso de soldadura por puntos consta de portaherramientas y electrodos. Los portaherramientas funcionan como un mecanismo para mantener los electrodos firmemente en su lugar y también soportan mangueras de agua opcionales que enfrían los electrodos durante la soldadura. Los métodos de sujeción de herramientas incluyen una compensación de tipo paleta, de trabajo liviano, universal y regular. Los electrodos generalmente están hechos de una aleación de baja resistencia, generalmente cobre, y están diseñados en muchas formas y tamaños diferentes según la aplicación necesaria.
Los dos materiales que se sueldan juntos se conocen como piezas de trabajo y deben conducir la electricidad. El ancho de las piezas de trabajo está limitado por la longitud de la garganta del aparato de soldadura y varía típicamente de 5 a 50 pulgadas (13 a 130 cm). El grosor de la pieza de trabajo puede variar de 0,008 a 1,25 pulgadas (0,20 a 32 mm). [5]
Una vez que se elimina la corriente de la pieza de trabajo, se enfría a través de los orificios de refrigerante en el centro de los electrodos. Se pueden usar tanto agua como una solución de salmuera como refrigerantes en los mecanismos de soldadura por puntos.
En el caso de la soldadura por puntos por resistencia, hay dos partes principales del sistema de herramientas, cuyas características influyen fundamentalmente en todo el proceso: la pistola y su tipo, y el tamaño y la forma del electrodo. En tal aplicación, donde la disposición de la pistola debe ser lo más rígida posible debido a las altas fuerzas de aplicación (por ejemplo, soldadura de materiales gruesos), la pistola tipo C se usa ampliamente. Además de la alta rigidez resultante, esta disposición conduce a una alta flexibilidad de herramientas, ya que el movimiento de los electrodos es colineal. A diferencia del tipo C, la disposición denominada tipo X proporciona menos rigidez, aunque el espacio de trabajo accesible es mucho más grande que con el tipo C, por lo que este diseño es muy común, donde se procesan objetos delgados y planos (p. Ej. de piso o panel de techo). Sin embargo, ofrece menos flexibilidad en términos de herramientas,Debido a que las trayectorias de los electrodos en movimiento no son colineales (como las puntas de una tijera), se debe utilizar una punta de electrodo en forma de domo.
Los electrodos utilizados en la soldadura por puntos pueden variar enormemente con diferentes aplicaciones. Cada estilo de herramienta tiene un propósito diferente. Los electrodos de estilo radial se utilizan para aplicaciones de alta temperatura, electrodos con una punta truncada para alta presión, electrodos excéntricos para soldar esquinas, puntas excéntricas compensadas para alcanzar esquinas y espacios pequeños, y finalmente, truncadas compensadas para alcanzar la pieza de trabajo en sí.
Características [ editar ]
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El proceso de soldadura por puntos tiende a endurecer el material, provocando que se deforme. Esto reduce la resistencia a la fatiga del material y puede estirar el material y recocerlo . Los efectos físicos de la soldadura por puntos incluyen grietas internas, grietas en la superficie y mala apariencia. Las propiedades químicas afectadas incluyen la resistencia interna del metal y sus propiedades corrosivas.
Los tiempos de soldadura son a menudo muy cortos, lo que puede causar problemas con los electrodos: no pueden moverse lo suficientemente rápido para mantener el material sujeto. Los controladores de soldadura utilizarán un doble pulso para solucionar este problema. Durante el primer pulso, es posible que el contacto del electrodo no pueda realizar una buena soldadura. El primer pulso ablandará el metal. Durante la pausa entre los dos pulsos, los electrodos se acercarán y harán un mejor contacto.
Durante la soldadura por puntos, la gran corriente eléctrica induce un gran campo magnético, y la corriente eléctrica y el campo magnético interactúan entre sí para producir también un gran campo de fuerza magnética, lo que hace que el metal fundido se mueva muy rápido a una velocidad de hasta 0,5 m. /s. Como tal, la distribución de la energía térmica en la soldadura por puntos podría cambiar drásticamente por el rápido movimiento del metal fundido. [6] [7] [8] El movimiento rápido en la soldadura por puntos se puede observar con fotografías de alta velocidad. [9]
La soldadora por puntos básica consta de una fuente de alimentación, una unidad de almacenamiento de energía (por ejemplo, un banco de capacitores), un interruptor, un transformador de soldadura y los electrodos de soldadura. El elemento de almacenamiento de energía permite que el soldador entregue altos niveles de potencia instantáneos. Si las demandas de energía no son altas, entonces no se necesita el elemento de almacenamiento de energía. El interruptor hace que la energía almacenada se descargue en el transformador de soldadura. El transformador de soldadura reduce el voltaje y aumenta la corriente. Una característica importante del transformador es que reduce el nivel de corriente que debe manejar el interruptor. Los electrodos de soldadura forman parte del circuito secundario del transformador. También hay una caja de control que administra el interruptor y puede monitorear el voltaje o la corriente del electrodo de soldadura.
La resistencia que se le presenta al soldador es complicada. [10] Existe la resistencia del devanado secundario, los cables y los electrodos de soldadura. También existe la resistencia de contacto entre los electrodos de soldadura y la pieza de trabajo. Existe la resistencia de las piezas de trabajo y la resistencia de contacto entre las piezas de trabajo.
Al comienzo de la soldadura, las resistencias de contacto suelen ser altas, por lo que la mayor parte de la energía inicial se disipará allí. Ese calor y la fuerza de sujeción ablandarán y suavizarán el material en la interfaz electrodo-material y harán un mejor contacto (es decir, reducirán la resistencia de contacto). En consecuencia, entrará más energía eléctrica en la pieza de trabajo y en la resistencia de unión de las dos piezas de trabajo. A medida que se suministra energía eléctrica a la soldadura y hace que la temperatura aumente, los electrodos y la pieza de trabajo están conduciendo ese calor. El objetivo es aplicar suficiente energía para que una parte del material dentro de la mancha se derrita sin que se derrita toda la mancha. El perímetro del lugar alejará mucho calor y mantendrá el perímetro a una temperatura más baja. El interior del lugar tiene menos calor expulsado,entonces se derrite primero. Si la corriente de soldadura se aplica demasiado tiempo, todo el punto se derrite, el material se agota o falla y la "soldadura" se convierte en un agujero.
El voltaje necesario para soldar depende de la resistencia del material a soldar, el grosor de la hoja y el tamaño deseado de la pepita. Al soldar una combinación común como chapa de acero de 1,0 + 1,0 mm, el voltaje entre los electrodos es de solo 1,5 V al comienzo de la soldadura, pero puede caer hasta 1 V al final de la soldadura. Esta disminución de voltaje es el resultado de la reducción de la resistencia causada por la fusión de la pieza de trabajo. El voltaje de circuito abierto del transformador es mayor que éste, típicamente en el rango de 5 a 22 voltios. [11]
La resistencia del punto de soldadura cambia a medida que fluye y se licua. Los equipos de soldadura modernos pueden monitorear y ajustar la soldadura en tiempo real para garantizar una soldadura consistente. El equipo puede buscar controlar diferentes variables durante la soldadura, como corriente, voltaje, potencia o energía.
Los tamaños de los soldadores varían de 5 a 500 kVA. [12] Los micro soldadores por puntos, utilizados en una variedad de industrias, pueden bajar a 1,5 kVA o menos para las necesidades de soldadura de precisión.
Es común que se expulse un rocío de gotitas de metal fundido (chispas) del área de la soldadura durante el proceso.
La soldadura por puntos de resistencia no genera un arco brillante, por lo que no se requiere protección UV. OSHA requiere protectores faciales transparentes o gafas protectoras para protección contra salpicaduras, pero no requiere lentes de filtro. [13]
Aplicaciones [ editar ]
La soldadura por puntos se usa típicamente al soldar tipos particulares de chapa , malla de alambre soldada o malla de alambre . El material más grueso es más difícil de soldar por puntos porque el calor fluye hacia el metal circundante con mayor facilidad. La soldadura por puntos se puede identificar fácilmente en muchos productos de chapa metálica, como cubos de metal. Las aleaciones de aluminio se pueden soldar por puntos, pero su conductividad térmica y su conductividad eléctrica mucho más altas requieren corrientes de soldadura más altas. Esto requiere transformadores de soldadura más grandes, más potentes y más costosos .
Quizás la aplicación más común de la soldadura por puntos se encuentra en la industria de fabricación de automóviles , donde se usa casi universalmente para soldar la chapa para formar un automóvil. Los soldadores por puntos también se pueden automatizar por completo , y muchos de los robots industriales que se encuentran en las líneas de montaje son soldadores por puntos (el otro uso principal de los robots es la pintura).
La soldadura por puntos también se utiliza en la clínica del ortodoncista, donde se utilizan equipos de soldadura por puntos a pequeña escala para cambiar el tamaño de las "bandas molares" metálicas que se utilizan en ortodoncia .
Otra aplicación son las cintas de soldadura por puntos en celdas de batería de níquel-cadmio , níquel-hidruro metálico o de iones de litio para fabricar baterías. Las celdas se unen soldando por puntos correas delgadas de níquel a los terminales de la batería. La soldadura por puntos puede evitar que la batería se caliente demasiado, como podría suceder si se realizara una soldadura convencional.
Las buenas prácticas de diseño deben permitir siempre una accesibilidad adecuada. Las superficies de conexión deben estar libres de contaminantes como sarro, aceite y suciedad, para garantizar soldaduras de calidad. El espesor del metal generalmente no es un factor para determinar buenas soldaduras.
Modificaciones [ editar ]
La soldadura por proyección es una modificación de la soldadura por puntos en la que la soldadura se localiza mediante secciones elevadas, o salientes, en una o ambas piezas de trabajo a unir. El calor se concentra en las proyecciones, lo que permite la soldadura de secciones más pesadas o el menor espaciado de las soldaduras. Los salientes también pueden servir como medio para colocar las piezas de trabajo. La soldadura por proyección se utiliza a menudo para soldar espárragos , tuercas y otras piezas roscadas de la máquina a la placa de metal. También se utiliza con frecuencia para unir alambres y barras cruzadas. Este es otro proceso de alta producción, y se pueden arreglar múltiples soldaduras de proyección mediante un diseño y jigging adecuados. [14]
Ver también [ editar ]
- Remachado (trabajo de metales)
- Lista de procesos de soldadura
- Aseguramiento de la calidad de la soldadura
Referencias [ editar ]
- ^ Larry F. Jeffus (2002). Soldadura: principios y aplicaciones . Aprendizaje Cengage. pag. 694. ISBN 9781401810467. Consultado el 18 de abril de 2014 .
- ^ robot-welding.com Archivado el 17 de enero de 2010 en Wayback Machine.
- ^ Efecto Joule, consulte las leyes de Joule
- ^ Patente de EE. UU. 4456810, Control de soldadura selectivo de programación adaptativa, junio de 1984. "El proceso de soldadura se detiene ... antes de que la masa fundida exceda el diámetro del electrodo. De lo contrario, una lluvia impresionante pero totalmente indeseada de chispas y metal caliente saldrá del punto de soldadura . "
- ^ Robert H. Todd; Dell K. Allen; Leo Alting (1994). Guía de referencia de procesos de fabricación . Prensa industrial. ISBN 0831130490.
- ^ YB Li, ZQ Lin, SJ Hu y GL Chen, "Análisis numérico de los comportamientos de dinámica de fluidos magnéticos durante la soldadura por puntos de resistencia", J. Appl. Phys. , 2007, 101 (5), 053506
- ^ YB Li, ZQ Lin, Q Shen y XM Lai, Análisis numérico de fenómenos de transporte en el proceso de soldadura por puntos de resistencia , Transacciones de ASME, Journal of Manufacturing Science and Engineering , 2011, 133 (3), 031019-1-8
- ^ YB Li, ZY Wei, YT Li, Q Shen, ZQ Lin, Efectos del ángulo del cono del electrodo truncado sobre la transferencia de calor y masa en la soldadura por puntos de resistencia , International Journal of Heat and Mass Transfer , 2013, 65 (10), 400- 408
- ^ A. Cunningham, ML Begeman, "Un estudio fundamental del proyecto de soldadura mediante computadora de fotografía de alta velocidad", Welding Journal , 1965, vol. 44, 381s-384s
- ^ Geoff Shannon, "Los avances en la tecnología de soldadura por resistencia ofrecen una calidad de soldadura mejorada y confiabilidad para los fabricantes de baterías", Tecnología y productos de energía de batería , julio / agosto de 2007, Vol 11, Número 4, [1] .
- ^ SR Deb; S. Deb (2010). Tecnología robótica y automatización flexible . Educación de Tata McGraw-Hill. pag. 491. ISBN 9780070077911. Consultado el 18 de abril de 2014 .
- ^ George F. Schrader; Ahmad K. Elshennawy (2000). Procesos y materiales de fabricación . PYME. pag. 311. ISBN 9780872635173. Consultado el 18 de abril de 2014 .
- ^ OSHA (26 de marzo de 2012). "Soldadura, corte y soldadura fuerte 1910.252 (b) (2) (i) (C)" . Normas de seguridad y salud ocupacional . Departamento de Trabajo de Estados Unidos . Consultado el 8 de octubre de 2018 .
- ^ Kugler, AN (1977). Fundamentos de la soldadura . Escuelas por correspondencia internacional. LCCN 77360317 .
Enlaces externos [ editar ]
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la soldadura por puntos . |
- Soldadura por puntos, proyección y alambre en YouTube (en 8-9 minutos) por American Welding Society
