Soldadura


La soldadura es un proceso de fabricación que une materiales, generalmente metales o termoplásticos , mediante el uso de altas temperaturas para fundir las piezas y dejar que se enfríen, provocando la fusión . La soldadura es distinta de las técnicas de unión de metales a temperaturas más bajas, como la soldadura fuerte y la soldadura fuerte , que no funden el metal base.

Soldadura con electrodo revestido.

Además de fundir el metal base, normalmente se agrega un material de relleno a la junta para formar un charco de material fundido (el charco de soldadura ) que se enfría para formar una junta que, según la configuración de la soldadura (tope, penetración total, filete, etc. .), puede ser más resistente que el material base (metal base). La presión también se puede utilizar junto con el calor o por sí misma para producir una soldadura. La soldadura también requiere una forma de protección para proteger los metales de relleno o los metales fundidos de la contaminación u oxidación .

Se pueden usar muchas fuentes de energía diferentes para la soldadura, incluida una llama de gas (químico), un arco eléctrico (eléctrico), un láser , un haz de electrones , fricción y ultrasonido . Aunque a menudo es un proceso industrial, la soldadura se puede realizar en muchos entornos diferentes, incluso al aire libre, bajo el agua y en el espacio exterior . La soldadura es una empresa peligrosa y se requieren precauciones para evitar quemaduras , descargas eléctricas , daños en la visión, inhalación de gases y humos venenosos y exposición a radiación ultravioleta intensa .

Hasta finales del siglo XIX, el único proceso de soldadura era la soldadura por forja , que los herreros habían utilizado durante milenios para unir hierro y acero mediante calentamiento y martilleo. La soldadura por arco y la soldadura con oxicombustible estuvieron entre los primeros procesos que se desarrollaron a fines de siglo, y la soldadura por resistencia eléctrica siguió poco después. La tecnología de soldadura avanzó rápidamente a principios del siglo XX cuando las guerras mundiales impulsaron la demanda de métodos de unión fiables y económicos. Después de las guerras, se desarrollaron varias técnicas de soldadura modernas, incluidos métodos manuales como la soldadura por arco de metal blindado , ahora uno de los métodos de soldadura más populares, así como procesos semiautomáticos y automáticos como la soldadura por arco metálico con gas , soldadura por arco sumergido , fundente. -Soldadura por arco con núcleo y soldadura por electroescoria . Desarrollos continuaron con la invención de la soldadura por haz láser , soldadura por haz de electrones , soldadura por impulsos magnéticos , y por fricción-agitación de soldadura en la última mitad del siglo. Hoy en día, a medida que avanza la ciencia, la soldadura robotizada es algo común en entornos industriales y los investigadores continúan desarrollando nuevos métodos de soldadura y obteniendo una mayor comprensión de la calidad de la soldadura.

El término "soldadura" es de origen inglés, con raíces de Escandinavia . A menudo se confunde con la palabra del inglés antiguo , weald , que significa "un área boscosa", pero esta palabra eventualmente se transformó en la versión moderna, "salvaje". La palabra en inglés antiguo para soldar hierro era samod (juntar) o samodwellung (juntar caliente, con "caliente" más relacionado con al rojo vivo o una furia creciente; en contraste con samodfæst , "unir con cuerdas o sujetadores "). [1] El término "soldar" se deriva del verbo inglés medio "well" ( wæll ; plural / tiempo presente: wælle ) o " welling " ( wællen ), que significa: "calentar" (a la temperatura máxima posible); "llevar a ebullición". La palabra moderna probablemente se derivó del participio de tiempo pasado, " welled " ( wællende ), con la adición de "d" para este propósito siendo común en las lenguas germánicas de los anglos y sajones . Se registró por primera vez en inglés en 1590, a partir de una versión de la Biblia cristiana que John Wycliffe tradujo originalmente al inglés en el siglo XIV. La versión original, de Isaías 2: 4, dice, " ... thei shul bete togidere sus espadas en partes ... " ( batirán sus espadas en rejas de arado), mientras que la versión de 1590 se cambió a, " .. .thei shullen welle togidere her swerdes in-to scharris ... "( soldarán sus espadas en rejas de arado), lo que sugiere que este uso particular de la palabra probablemente se hizo popular en inglés en algún momento entre estos períodos. [2]

La palabra se deriva de la palabra sueca antigua valla , que significa "hervir". Suecia fue un gran exportador de hierro durante la Edad Media , y muchos otros idiomas europeos usaban palabras diferentes pero con el mismo significado para referirse al hierro para soldar, como el ilirio (griego) variti (hervir), el turco kaynamak (hervir) , Grison (Swiss) bulgir (a ebullición), o el Lettish (letón) sawdrit (a la soldadura o soldadura, derivado de wdrit , a hervir). En sueco, sin embargo, la palabra solo se refiere a unir metales cuando se combina con la palabra para hierro ( järn ), como en valla järn (literalmente: hervir hierro). La palabra posiblemente ingresó al inglés desde el comercio de hierro sueco, o posiblemente fue importada con los miles de asentamientos vikingos que llegaron a Inglaterra antes y durante la era vikinga , ya que más de la mitad de las palabras inglesas más comunes en el uso diario son de origen escandinavo. [3] [4]

El pilar de hierro de Delhi, India

La historia de la unión de metales se remonta a varios milenios. Los primeros ejemplos de esto provienen de la Edad del Bronce y del Hierro en Europa y Oriente Medio . El historiador griego antiguo Herodoto afirma en Las historias del siglo V a. C. que Glauco de Quíos "fue el hombre que inventó por sí solo la soldadura de hierro". [5] La soldadura se utilizó en la construcción del pilar de hierro de Delhi , erigido en Delhi , India alrededor del año 310 d. C. y con un peso de 5,4  toneladas métricas . [6]

La Edad Media trajo avances en la soldadura de forja , en la que los herreros golpeaban el metal caliente repetidamente hasta que se producía la unión. En 1540, Vannoccio Biringuccio publicó De la pirotechnia , que incluye descripciones de la operación de forja. [7] Los artesanos del Renacimiento eran expertos en el proceso y la industria continuó creciendo durante los siglos siguientes. [7]

En 1800, Sir Humphry Davy descubrió el arco eléctrico de pulso corto y presentó sus resultados en 1801. [8] [9] [10] En 1802, el científico ruso Vasily Petrov creó el arco eléctrico continuo, [10] [11] [12 ] y posteriormente publicó "News of Galvanic-Voltaic Experiments" en 1803, en el que describió experimentos llevados a cabo en 1802. De gran importancia en este trabajo fue la descripción de una descarga de arco estable y la indicación de su posible uso para muchas aplicaciones, uno es la fusión de metales. [13] En 1808, Davy, que desconocía el trabajo de Petrov, redescubrió el arco eléctrico continuo. [9] [10] En 1881-1882 los inventores Nikolai Benardos (ruso) y Stanisław Olszewski (polaco) [14] crearon el primer método de soldadura por arco eléctrico conocido como soldadura por arco de carbono utilizando electrodos de carbono. Los avances en la soldadura por arco continuaron con la invención de los electrodos metálicos a fines del siglo XIX por un ruso, Nikolai Slavyanov (1888), y un estadounidense, CL Coffin (1890). Alrededor de 1900, AP Strohmenger lanzó un electrodo de metal recubierto en Gran Bretaña , que dio un arco más estable. En 1905, el científico ruso Vladimir Mitkevich propuso utilizar un arco eléctrico trifásico para soldar. La soldadura con corriente alterna fue inventada por CJ Holslag en 1919, pero no se hizo popular durante otra década. [15]

La soldadura por resistencia también se desarrolló durante las últimas décadas del siglo XIX, y las primeras patentes fueron para Elihu Thomson en 1885, quien produjo más avances durante los siguientes 15 años. La soldadura con termita se inventó en 1893 y, en esa época, se estableció bien otro proceso, la soldadura con oxicombustible. El acetileno fue descubierto en 1836 por Edmund Davy , pero su uso no fue práctico en la soldadura hasta alrededor de 1900, cuando se desarrolló un soplete adecuado . [16] Al principio, la soldadura con oxicombustible era uno de los métodos de soldadura más populares debido a su portabilidad y costo relativamente bajo. Sin embargo, a medida que avanzaba el siglo XX, cayó en desgracia para las aplicaciones industriales. Fue reemplazado en gran medida por la soldadura por arco, a medida que se hicieron avances en los recubrimientos metálicos (conocidos como fundente ). [17] El fundente que cubre el electrodo protege principalmente el material base de las impurezas, pero también estabiliza el arco y puede agregar componentes de aleación al metal de soldadura. [18]

Puente de Maurzyce

La Primera Guerra Mundial provocó un gran aumento en el uso de la soldadura, y las diversas potencias militares intentaron determinar cuál de los varios nuevos procesos de soldadura sería el mejor. Los británicos utilizaron principalmente la soldadura por arco, incluso construyeron un barco, el "Fullagar" con un casco completamente soldado. [19] [20] La soldadura por arco también se aplicó por primera vez a los aviones durante la guerra, ya que algunos fuselajes de aviones alemanes se construyeron utilizando el proceso. [21] También es digno de mención el primer puente de carretera soldado del mundo, el Puente Maurzyce en Polonia (1928). [22]

Soldadura de acetileno en la camisa de agua del cilindro, Ejército de los EE. UU. 1918

Durante la década de 1920, se realizaron importantes avances en la tecnología de soldadura, incluida la introducción de la soldadura automática en 1920, en la que el alambre del electrodo se alimentaba continuamente. El gas protector se convirtió en un tema que recibió mucha atención, ya que los científicos intentaron proteger las soldaduras de los efectos del oxígeno y el nitrógeno en la atmósfera. La porosidad y la fragilidad fueron los problemas principales, y las soluciones que se desarrollaron incluyeron el uso de hidrógeno , argón y helio como atmósferas de soldadura. [23] Durante la década siguiente, nuevos avances permitieron la soldadura de metales reactivos como el aluminio y el magnesio . Esto, junto con los desarrollos en la soldadura automática, la corriente alterna y los fundentes, alimentaron una importante expansión de la soldadura por arco durante la década de 1930 y luego durante la Segunda Guerra Mundial. [24] En 1930 , se botó el primer buque mercante totalmente soldado, el M / S Carolinian .

Soldador portátil que se utiliza para la infraestructura de aguas pluviales de Sydney

Durante la mitad del siglo, se inventaron muchos métodos nuevos de soldadura. En 1930, Kyle Taylor fue responsable del lanzamiento de la soldadura de pernos , que pronto se hizo popular en la construcción naval. La soldadura por arco sumergido se inventó el mismo año y sigue siendo popular en la actualidad. En 1932, el ruso Konstantin Khrenov finalmente implementó la primera soldadura por arco eléctrico bajo el agua. La soldadura por arco de tungsteno con gas , después de décadas de desarrollo, finalmente se perfeccionó en 1941, y la soldadura por arco metálico con gas siguió en 1948, lo que permite la soldadura rápida de materiales no ferrosos pero requiere costosos gases de protección. La soldadura por arco de metal blindado se desarrolló durante la década de 1950, utilizando un electrodo consumible recubierto de fundente, y rápidamente se convirtió en el proceso de soldadura por arco de metal más popular. En 1957, debutó el proceso de soldadura por arco con núcleo de fundente, en el que el electrodo de alambre autoprotegido se podía usar con equipos automáticos, lo que resultaba en velocidades de soldadura mucho mayores, y ese mismo año, Robert Gage inventó la soldadura por arco de plasma . La soldadura por electroescoria se introdujo en 1958, y fue seguida por su prima, la soldadura por electrogas , en 1961. [25] En 1953, el científico soviético NF Kazakov propuso el método de unión por difusión . [26]

Otros desarrollos recientes en la soldadura incluyen el avance de 1958 de la soldadura por haz de electrones, que hace posible la soldadura profunda y estrecha a través de la fuente de calor concentrada. Tras la invención del láser en 1960, la soldadura con rayo láser debutó varias décadas más tarde y ha demostrado ser especialmente útil en la soldadura automatizada de alta velocidad. La soldadura por pulsos magnéticos (MPW) se ha utilizado industrialmente desde 1967. La soldadura por fricción y agitación fue inventada en 1991 por Wayne Thomas en The Welding Institute (TWI, Reino Unido) y encontró aplicaciones de alta calidad en todo el mundo. [27] Todos estos cuatro nuevos procesos continúan siendo bastante costosos debido al alto costo del equipo necesario, y esto ha limitado sus aplicaciones. [28]

Algunos de los métodos de soldadura actuales más comunes son:

  • Soldadura por arco metálico protegido (SMAW), también conocida como "soldadura con electrodo revestido".
  • Soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), también conocida como TIG (tungsteno, gas inerte).
  • Soldadura por arco metálico con gas (GMAW), también conocida como MIG (metal, gas inerte).
  • Soldadura por arco con núcleo de fundente (FCAW), muy similar a MIG.
  • Soldadura por arco sumergido (SAW), generalmente llamada Sub Arc.
  • Soldadura por electroescoria (ESW), un proceso altamente productivo para materiales más gruesos.

Arco

Estos procesos utilizan una fuente de alimentación de soldadura para crear y mantener un arco eléctrico entre un electrodo y el material base para fundir metales en el punto de soldadura. Pueden utilizar corriente continua (CC) o corriente alterna (CA) y electrodos consumibles o no consumibles . La región de soldadura a veces está protegida por algún tipo de gas inerte o semi- inerte , conocido como gas protector, y algunas veces también se usa material de relleno.

Fuentes de alimentación

Para suministrar la energía eléctrica necesaria para los procesos de soldadura por arco, se pueden utilizar una variedad de fuentes de alimentación diferentes. Las fuentes de alimentación de soldadura más comunes son las fuentes de alimentación de corriente constante y las fuentes de alimentación de voltaje constante . En la soldadura por arco, la longitud del arco está directamente relacionada con el voltaje y la cantidad de entrada de calor está relacionada con la corriente. Las fuentes de alimentación de corriente constante se utilizan con mayor frecuencia para procesos de soldadura manual, como la soldadura por arco de tungsteno con gas y la soldadura por arco de metal blindado, porque mantienen una corriente relativamente constante incluso cuando varía el voltaje. Esto es importante porque en la soldadura manual, puede ser difícil mantener el electrodo perfectamente estable y, como resultado, la longitud del arco y, por lo tanto, el voltaje tienden a fluctuar. Las fuentes de alimentación de voltaje constante mantienen el voltaje constante y varían la corriente y, como resultado, se utilizan con mayor frecuencia para procesos de soldadura automatizados, como la soldadura por arco metálico con gas, la soldadura por arco con núcleo de fundente y la soldadura por arco sumergido. En estos procesos, la longitud del arco se mantiene constante, ya que cualquier fluctuación en la distancia entre el alambre y el material base se rectifica rápidamente mediante un gran cambio en la corriente. Por ejemplo, si el alambre y el material base se acercan demasiado, la corriente aumentará rápidamente, lo que a su vez hace que el calor aumente y la punta del alambre se derrita, devolviéndolo a su distancia de separación original. [29]

El tipo de corriente utilizada juega un papel importante en la soldadura por arco. Los procesos de electrodos consumibles, como la soldadura por arco metálico blindado y la soldadura por arco metálico con gas, generalmente utilizan corriente continua, pero el electrodo puede cargarse positiva o negativamente. En la soldadura, el ánodo cargado positivamente tendrá una mayor concentración de calor y, como resultado, el cambio de polaridad del electrodo afecta las propiedades de la soldadura. Si el electrodo está cargado positivamente, el metal base estará más caliente, aumentando la penetración de la soldadura y la velocidad de soldadura. Alternativamente, un electrodo cargado negativamente da como resultado soldaduras más superficiales. [30] Los procesos de electrodos no consumibles, como la soldadura por arco de tungsteno con gas, pueden usar cualquier tipo de corriente continua, así como corriente alterna. Sin embargo, con corriente continua, debido a que el electrodo solo crea el arco y no proporciona material de relleno, un electrodo con carga positiva produce soldaduras poco profundas, mientras que un electrodo con carga negativa produce soldaduras más profundas. [31] La corriente alterna se mueve rápidamente entre estos dos, lo que resulta en soldaduras de penetración media. Una desventaja de la CA, el hecho de que el arco debe volver a encenderse después de cada cruce por cero, se ha abordado con la invención de unidades de potencia especiales que producen un patrón de onda cuadrada en lugar de la onda sinusoidal normal , lo que hace posible los cruces por cero rápidos y minimiza los efectos del problema. [32]

Procesos

Uno de los tipos más comunes de soldadura por arco es la soldadura por arco metálico protegido (SMAW); [33] También se conoce como soldadura manual por arco metálico (MMAW) o soldadura con electrodo revestido. La corriente eléctrica se utiliza para crear un arco entre el material base y la varilla del electrodo consumible, que está hecha de material de relleno (generalmente acero) y está cubierta con un fundente que protege el área de soldadura de la oxidación y la contaminación al producir dióxido de carbono (CO 2 ). gas durante el proceso de soldadura. El propio núcleo del electrodo actúa como material de relleno, por lo que no es necesario un relleno por separado. [33]

Soldadura por arco de metal blindado

El proceso es versátil y se puede realizar con equipos relativamente económicos, lo que lo hace muy adecuado para trabajos de taller y trabajo de campo. [33] [34] Un operador puede llegar a ser razonablemente competente con una modesta cantidad de entrenamiento y puede lograr el dominio con experiencia. Los tiempos de soldadura son bastante lentos, ya que los electrodos consumibles deben reemplazarse con frecuencia y porque la escoria, el residuo del fundente, debe desprenderse después de la soldadura. [33] Además, el proceso generalmente se limita a la soldadura de materiales ferrosos, aunque los electrodos especiales han hecho posible la soldadura de hierro fundido , acero inoxidable, aluminio y otros metales. [34]

Diagrama de arco y zona de soldadura, en soldadura por arco metálico blindado.
1. Flujo de recubrimiento
2. Varilla
3. Gas de
protección 4. Fusión
5. Metal base
6. Metal de soldadura
7. Escoria solidificada

La soldadura por arco metálico con gas (GMAW), también conocida como soldadura con gas inerte metálico o MIG, es un proceso semiautomático o automático que utiliza una alimentación continua de alambre como electrodo y una mezcla de gas inerte o semi-inerte para proteger la soldadura de la contaminación. . Dado que el electrodo es continuo, las velocidades de soldadura son mayores para GMAW que para SMAW. [35]

Un proceso relacionado, la soldadura por arco con núcleo de fundente (FCAW), usa equipo similar pero usa alambre que consiste en un electrodo de acero que rodea un material de relleno de polvo. Este alambre tubular es más caro que el alambre sólido estándar y puede generar humos y / o escoria, pero permite una velocidad de soldadura aún mayor y una mayor penetración del metal. [36]

La soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), o soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG), es un proceso de soldadura manual que utiliza un electrodo de tungsteno no consumible , una mezcla de gas inerte o semi-inerte y un material de relleno separado. [37] Especialmente útil para soldar materiales delgados, este método se caracteriza por un arco estable y soldaduras de alta calidad, pero requiere una gran habilidad por parte del operador y solo se puede lograr a velocidades relativamente bajas. [37]

GTAW se puede usar en casi todos los metales soldables, aunque se aplica con mayor frecuencia a acero inoxidable y metales ligeros. A menudo se usa cuando las soldaduras de calidad son extremadamente importantes, como en aplicaciones de bicicletas , aviones y navales. [37] Un proceso relacionado, la soldadura por arco de plasma, también usa un electrodo de tungsteno pero usa gas de plasma para hacer el arco. El arco está más concentrado que el arco GTAW, lo que hace que el control transversal sea más crítico y, por lo tanto, generalmente restringe la técnica a un proceso mecanizado. Debido a su corriente estable, el método se puede utilizar en una gama más amplia de espesores de material que el proceso GTAW y es mucho más rápido. Se puede aplicar a todos los mismos materiales que GTAW, excepto al magnesio, y la soldadura automatizada de acero inoxidable es una aplicación importante del proceso. Una variación del proceso es el corte por plasma , un proceso de corte de acero eficiente. [38]

La soldadura por arco sumergido (SAW) es un método de soldadura de alta productividad en el que el arco se golpea debajo de una capa de cobertura de fundente. Esto aumenta la calidad del arco, ya que el flujo bloquea los contaminantes de la atmósfera. La escoria que se forma en la soldadura generalmente se desprende por sí sola y, combinada con el uso de una alimentación continua de alambre, la tasa de deposición de la soldadura es alta. Las condiciones de trabajo mejoran mucho con respecto a otros procesos de soldadura por arco, ya que el fundente oculta el arco y casi no se produce humo. El proceso se usa comúnmente en la industria, especialmente para productos grandes y en la fabricación de recipientes a presión soldados. [39] Otros procesos de soldadura por arco incluyen la soldadura por hidrógeno atómico , la soldadura por electroescoria (ESW), la soldadura por electrogas y la soldadura por arco de espárragos . [40] ESW es ​​un proceso de soldadura de una sola pasada altamente productivo para materiales más gruesos entre 1 pulgada (25 mm) y 12 pulgadas (300 mm) en una posición vertical o cercana a la vertical.

Soldadura de gas

El proceso de soldadura con gas más común es la soldadura con oxicombustible, [17] también conocida como soldadura con oxiacetileno. Es uno de los procesos de soldadura más antiguos y versátiles, pero en los últimos años se ha vuelto menos popular en aplicaciones industriales. Todavía se usa ampliamente para soldar tuberías y tubos, así como para trabajos de reparación. [17]

El equipo es relativamente económico y simple, generalmente emplea la combustión de acetileno en oxígeno para producir una temperatura de la llama de soldadura de aproximadamente 3100 ° C (5600 ° F). [17] La llama, al estar menos concentrada que un arco eléctrico, provoca un enfriamiento más lento de la soldadura, lo que puede conducir a mayores tensiones residuales y distorsión de la soldadura, aunque facilita la soldadura de aceros de alta aleación. Un proceso similar, generalmente llamado corte con oxicombustible, se usa para cortar metales. [17]

Resistencia

La soldadura por resistencia implica la generación de calor al pasar corriente a través de la resistencia causada por el contacto entre dos o más superficies metálicas. Se forman pequeños charcos de metal fundido en el área de soldadura a medida que pasa una alta corriente (1000–100 000 A ) a través del metal. [41] En general, los métodos de soldadura por resistencia son eficientes y causan poca contaminación, pero sus aplicaciones son algo limitadas y el costo del equipo puede ser alto. [41]

Soldadura por puntos

La soldadura por puntos es un método popular de soldadura por resistencia que se utiliza para unir láminas de metal superpuestas de hasta 3 mm de espesor. [41] Se utilizan dos electrodos simultáneamente para sujetar las láminas de metal y hacer pasar la corriente a través de las láminas. Las ventajas del método incluyen el uso eficiente de la energía , la deformación limitada de la pieza de trabajo, las altas tasas de producción, la fácil automatización y la ausencia de materiales de relleno necesarios. La resistencia de la soldadura es significativamente menor que con otros métodos de soldadura, lo que hace que el proceso sea adecuado solo para ciertas aplicaciones. Se usa ampliamente en la industria automotriz; los automóviles comunes pueden tener varios miles de soldaduras por puntos hechas por robots industriales . Se puede utilizar un proceso especializado, llamado soldadura por granalla , para soldar por puntos el acero inoxidable. [41]

Al igual que la soldadura por puntos, la soldadura por costura se basa en dos electrodos para aplicar presión y corriente para unir láminas de metal. Sin embargo, en lugar de electrodos puntiagudos, los electrodos en forma de rueda ruedan y a menudo alimentan la pieza de trabajo, lo que permite realizar soldaduras largas y continuas. En el pasado, este proceso se utilizaba en la fabricación de latas de bebidas, pero ahora sus usos son más limitados. [41] Otros métodos de soldadura por resistencia incluyen soldadura a tope , [42] soldadura por destello , soldadura por proyección y soldadura por recalcado . [41]

Haz de energía

Los métodos de soldadura por haz de energía, a saber, la soldadura por haz láser y la soldadura por haz de electrones , son procesos relativamente nuevos que se han vuelto bastante populares en aplicaciones de alta producción. Los dos procesos son bastante similares, difiriendo más notablemente en su fuente de poder. La soldadura con rayo láser emplea un rayo láser altamente enfocado, mientras que la soldadura con rayo de electrones se realiza al vacío y utiliza un rayo de electrones. Ambos tienen una densidad de energía muy alta, lo que hace posible una penetración profunda de la soldadura y minimiza el tamaño del área de soldadura. Ambos procesos son extremadamente rápidos y se automatizan fácilmente, lo que los hace altamente productivos. Las principales desventajas son sus costos de equipo muy altos (aunque están disminuyendo) y la susceptibilidad al agrietamiento térmico. Los avances en esta área incluyen la soldadura láser-híbrido , que utiliza principios tanto de la soldadura por haz láser y la soldadura de arco para las propiedades incluso mejor soldadura, revestimiento de láser , y la soldadura de rayos x . [43]

De Estado sólido

Cuadro de clasificación de los procesos de soldadura de estado sólido [44]

Al igual que el primer proceso de soldadura, la soldadura por forja, algunos métodos de soldadura modernos no implican la fusión de los materiales que se unen. Una de las más populares, la soldadura ultrasónica , se utiliza para conectar láminas delgadas o alambres hechos de metal o termoplástico haciéndolos vibrar a alta frecuencia y bajo alta presión. [45] El equipo y los métodos involucrados son similares a los de la soldadura por resistencia, pero en lugar de la corriente eléctrica, la vibración proporciona una entrada de energía. Soldar metales con este proceso no implica fundir los materiales; en cambio, la soldadura se forma introduciendo vibraciones mecánicas horizontalmente bajo presión. Al soldar plásticos, los materiales deben tener temperaturas de fusión similares y las vibraciones se introducen verticalmente. La soldadura ultrasónica se usa comúnmente para hacer conexiones eléctricas de aluminio o cobre, y también es un proceso de soldadura de polímeros muy común. [45]

Otro proceso común, la soldadura por explosión , implica la unión de materiales empujándolos juntos bajo una presión extremadamente alta. La energía del impacto plastifica los materiales, formando una soldadura, aunque solo se genera una cantidad limitada de calor. El proceso se usa comúnmente para soldar materiales diferentes, incluida la unión de aluminio con acero al carbono en cascos de barcos y acero inoxidable o titanio con acero al carbono en recipientes a presión petroquímicos. [45]

Otros procesos de soldadura de estado sólido incluyen soldadura por fricción (incluida la soldadura por fricción y agitación y la soldadura por puntos por fricción y agitación ), [46] soldadura por pulsos magnéticos , [47] soldadura por coextrusión, soldadura en frío , unión por difusión , soldadura exotérmica , soldadura de alta frecuencia , soldadura en caliente. soldadura a presión, soldadura por inducción y unión de rodillos . [45]

Tipos comunes de juntas de soldadura: (1) junta a tope cuadrada, (2) junta a tope en V, (3) junta solapada, (4) junta en T

Las soldaduras se pueden preparar geométricamente de muchas formas diferentes. Los cinco tipos básicos de juntas de soldadura son la junta a tope, la junta de solape, la junta de esquina, la junta de borde y la junta en T (una variante de esta última es la junta cruciforme ). También existen otras variaciones; por ejemplo, las juntas de preparación de doble V se caracterizan por que las dos piezas de material se estrechan cada una hacia un solo punto central a la mitad de su altura. Las juntas de preparación de U simple y doble U también son bastante comunes; en lugar de tener bordes rectos como las juntas de preparación de V simple y V doble, son curvas, formando la forma de una U. Las juntas de solape también suelen tener más de dos Piezas gruesas: según el proceso utilizado y el grosor del material, muchas piezas se pueden soldar juntas en una geometría de junta solapada. [48]

Muchos procesos de soldadura requieren el uso de un diseño de junta particular; por ejemplo, la soldadura por puntos de resistencia, la soldadura con rayo láser y la soldadura con rayo de electrones se realizan con mayor frecuencia en juntas de solape. Otros métodos de soldadura, como la soldadura por arco de metal blindado, son extremadamente versátiles y pueden soldar prácticamente cualquier tipo de junta. Algunos procesos también se pueden utilizar para hacer soldaduras de múltiples pasadas, en las que se deja enfriar una soldadura y luego se realiza otra sobre ella. Esto permite la soldadura de secciones gruesas dispuestas en una junta de preparación de una sola V, por ejemplo. [49]

La sección transversal de una junta a tope soldada, con el gris más oscuro representando la zona de soldadura o fusión, el gris medio la zona afectada por el calor y el gris más claro el material base.

Después de soldar, se pueden identificar varias regiones distintas en el área de soldadura. La soldadura en sí se llama zona de fusión; más específicamente, es donde se colocó el metal de aportación durante el proceso de soldadura. Las propiedades de la zona de fusión dependen principalmente del metal de aportación utilizado y su compatibilidad con los materiales base. Está rodeado por la zona afectada por el calor , el área que tuvo su microestructura y propiedades alteradas por la soldadura. Estas propiedades dependen del comportamiento del material base cuando se somete al calor. El metal en esta área a menudo es más débil que el material base y la zona de fusión, y también es donde se encuentran las tensiones residuales. [50]

El área azul es el resultado de la oxidación a una temperatura correspondiente de 600 ° F (316 ° C). Esta es una forma precisa de identificar la temperatura, pero no representa el ancho de la ZAT. La ZAT es el área estrecha que rodea inmediatamente el metal base soldado.

Muchos factores distintos influyen en la resistencia de las soldaduras y el material que las rodea, incluido el método de soldadura, la cantidad y concentración de entrada de energía, la soldabilidad del material base, el material de relleno y el material fundente, el diseño de la junta y las interacciones. entre todos estos factores. [51] Para probar la calidad de una soldadura, ya sea destructivas o de ensayos no destructivos métodos se usan comúnmente para verificar que las soldaduras están libres de defectos, tienen niveles aceptables de tensiones residuales y distorsión, y tienen propiedades aceptables zona afectada por el calor (HAZ). Los tipos de defectos de soldadura incluyen grietas, distorsión, inclusiones de gas (porosidad), inclusiones no metálicas, falta de fusión, penetración incompleta, desgarro laminar y socavación.

La industria metalúrgica ha instituido especificaciones y códigos para guiar a los soldadores , inspectores de soldadura , ingenieros , gerentes y propietarios en la técnica de soldadura adecuada, el diseño de soldaduras, cómo juzgar la calidad de la Especificación del procedimiento de soldadura , cómo juzgar la habilidad de la persona que realiza la soldadura y cómo garantizar la calidad de un trabajo de soldadura. [51] Los métodos tales como la inspección visual , radiografía , pruebas de ultrasonido , eliminadas-array ultrasonidos , inspección por líquidos penetrantes , inspección de partículas magnéticas , o la tomografía computarizada industrial pueden ayudar con la detección y el análisis de ciertos defectos.

Zona afectada por el calor

La zona afectada por el calor (ZAC) es un anillo que rodea la soldadura en el que la temperatura del proceso de soldadura, combinada con las tensiones del calentamiento y enfriamiento desigual, alteran las propiedades de tratamiento térmico de la aleación. Los efectos de la soldadura en el material que rodea la soldadura pueden ser perjudiciales; según los materiales utilizados y la entrada de calor del proceso de soldadura utilizado, la ZAT puede ser de tamaño y resistencia variables. La difusividad térmica del material base juega un papel importante: si la difusividad es alta, la velocidad de enfriamiento del material es alta y la ZAT es relativamente pequeña. Por el contrario, una baja difusividad conduce a un enfriamiento más lento y una ZAT más grande. La cantidad de calor inyectada por el proceso de soldadura también juega un papel importante, ya que procesos como la soldadura con oxiacetileno tienen una entrada de calor no concentrada y aumentan el tamaño de la ZAT. Procesos como la soldadura con rayo láser dan una cantidad limitada de calor altamente concentrada, lo que resulta en una pequeña ZAT. La soldadura por arco se encuentra entre estos dos extremos, y los procesos individuales varían algo en la entrada de calor. [52] [53] Para calcular la entrada de calor para los procedimientos de soldadura por arco, se puede utilizar la siguiente fórmula:

donde Q = entrada de calor ( kJ / mm), V = voltaje ( V ), I = corriente (A) y S = velocidad de soldadura (mm / min). La eficiencia depende del proceso de soldadura utilizado, con soldadura por arco metálico protegido con un valor de 0,75, soldadura por arco metálico con gas y soldadura por arco sumergido, 0,9 y soldadura por arco con gas tungsteno, 0,8. [54] Los métodos para aliviar las tensiones y la fragilidad creadas en la ZAT incluyen el alivio de tensiones y el templado . [55]

Extensión de la vida útil con métodos de postratamiento

Ejemplo: tratamiento de impacto de alta frecuencia para prolongar la vida útil

La durabilidad y la vida útil de las estructuras de acero soldadas cargadas dinámicamente están determinadas en muchos casos por las soldaduras, en particular las transiciones de soldadura. Mediante el tratamiento selectivo de las transiciones mediante rectificado (corte abrasivo) , granallado , tratamiento de impacto de alta frecuencia , etc., la durabilidad de muchos diseños aumenta significativamente.

La mayoría de los sólidos utilizados son materiales de ingeniería que consisten en sólidos cristalinos en los que los átomos o iones están dispuestos en un patrón geométrico repetitivo que se conoce como estructura reticular . La única excepción es el material que está hecho de vidrio, que es una combinación de un líquido sobreenfriado y polímeros que son agregados de grandes moléculas orgánicas. [56]

La cohesión de los sólidos cristalinos se obtiene mediante un enlace metálico o químico que se forma entre los átomos constituyentes. Los enlaces químicos se pueden agrupar en dos tipos que consisten en iónicos y covalentes . Para formar un enlace iónico, un electrón de valencia o de enlace se separa de un átomo y se une a otro átomo para formar iones con carga opuesta . El enlace en la posición estática es cuando los iones ocupan una posición de equilibrio donde la fuerza resultante entre ellos es cero. Cuando los iones se ejercen en fuerza de tensión , el espaciado interiónico aumenta creando una fuerza de atracción electrostática, mientras que una fuerza de repulsión bajo fuerza de compresión entre los núcleos atómicos es dominante. [56]

El enlace covalente tiene lugar cuando uno de los átomos constituyentes pierde uno o más electrones, y el otro átomo gana los electrones, lo que da como resultado una nube de electrones que es compartida por la molécula en su conjunto. Tanto en el enlace iónico como en el covalente, la ubicación de los iones y electrones está restringida entre sí, lo que da como resultado que el enlace sea característicamente frágil . [56]

El enlace metálico se puede clasificar como un tipo de enlace covalente para el que los átomos constituyentes son del mismo tipo y no se combinan entre sí para formar un enlace químico. Los átomos perderán uno o varios electrones formando una matriz de iones positivos. Estos electrones son compartidos por la red que hace que el grupo de electrones sea móvil, ya que los electrones son libres de moverse al igual que los iones. Para ello, confiere a los metales su conductividad térmica y eléctrica relativamente alta, además de ser característicamente dúctil . [56]

Tres de las estructuras de celosía de cristal más comúnmente usados en metales son el cúbica centrada en el cuerpo , la cara cúbica centrada y hexagonal empaquetamiento compacto . El acero ferrítico tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo y el acero austenítico , los metales no ferrosos como el aluminio , el cobre y el níquel tienen la estructura cúbica centrada en la cara. [56]

La ductilidad es un factor importante para asegurar la integridad de las estructuras al permitirles mantener concentraciones de tensión local sin fracturarse. Además, se requiere que las estructuras tengan una resistencia aceptable, que está relacionada con el límite elástico de un material . En general, a medida que aumenta el límite elástico de un material, hay una reducción correspondiente en la tenacidad a la fractura . [56]

Una reducción en la tenacidad a la fractura también puede atribuirse al efecto de fragilización de las impurezas, o para los metales cúbicos centrados en el cuerpo, debido a una reducción de la temperatura. Los metales y, en particular, los aceros tienen un intervalo de temperatura de transición en el que, por encima de este intervalo, el metal tiene una ductilidad de muesca aceptable, mientras que por debajo de este intervalo el material se vuelve quebradizo. Dentro de la gama, el comportamiento de los materiales es impredecible. La reducción de la tenacidad a la fractura va acompañada de un cambio en el aspecto de la fractura. Cuando está por encima de la transición, la fractura se debe principalmente a la coalescencia de micro-huecos, lo que hace que la fractura parezca fibrosa . Cuando las temperaturas bajan, la fractura mostrará signos de facetas de hendidura. Estas dos apariencias son visibles a simple vista. La fractura frágil en las placas de acero puede aparecer como marcas de chevron bajo el microscopio . Estas crestas en forma de flecha en la superficie de la grieta apuntan hacia el origen de la fractura. [56]

La tenacidad a la fractura se mide utilizando una muestra rectangular con muescas y pre-fisurada, cuyas dimensiones se especifican en las normas, por ejemplo, ASTM E23. Existen otros medios para estimar o medir la tenacidad a la fractura mediante lo siguiente: La prueba de impacto Charpy según ASTM A370; La prueba de desplazamiento de apertura de la punta de la grieta (CTOD) según BS 7448-1; La prueba integral J según ASTM E1820; La prueba de caída de peso de Pellini según ASTM E208. [56]

Soldadura subacuática

Si bien muchas aplicaciones de soldadura se realizan en entornos controlados, como fábricas y talleres de reparación, algunos procesos de soldadura se utilizan comúnmente en una amplia variedad de condiciones, como al aire libre, bajo el agua y vacíos (como el espacio). En aplicaciones al aire libre, como la construcción y la reparación al aire libre, la soldadura por arco de metal blindado es el proceso más común. Los procesos que emplean gases inertes para proteger la soldadura no pueden usarse fácilmente en tales situaciones, porque los movimientos atmosféricos impredecibles pueden resultar en una soldadura defectuosa. La soldadura por arco de metal blindado también se usa a menudo en la soldadura submarina en la construcción y reparación de barcos, plataformas marinas y tuberías, pero otras, como la soldadura por arco con núcleo de fundente y la soldadura por arco de tungsteno con gas, también son comunes. La soldadura en el espacio también es posible: los cosmonautas rusos lo intentaron por primera vez en 1969 durante la misión Soyuz 6 , cuando realizaron experimentos para probar la soldadura por arco de metal blindado, la soldadura por arco de plasma y la soldadura por haz de electrones en un entorno despresurizado. En las décadas siguientes se realizaron más pruebas de estos métodos y, en la actualidad, los investigadores continúan desarrollando métodos para utilizar otros procesos de soldadura en el espacio, como la soldadura por rayo láser, la soldadura por resistencia y la soldadura por fricción. Los avances en estas áreas pueden ser útiles para proyectos futuros similares a la construcción de la Estación Espacial Internacional , que podría depender de la soldadura para unir en el espacio las piezas que se fabricaron en la Tierra. [57]

Soldadura por arco con un casco de soldadura, guantes y otra ropa protectora

La soldadura puede ser peligrosa e insalubre si no se toman las precauciones adecuadas. Sin embargo, el uso de nueva tecnología y la protección adecuada reduce en gran medida los riesgos de lesiones y muerte asociados con la soldadura. [58] Dado que muchos procedimientos de soldadura comunes involucran un arco eléctrico abierto o una llama, el riesgo de quemaduras e incendios es significativo; por eso se clasifica como un proceso de trabajo en caliente . Para evitar lesiones, los soldadores usan equipo de protección personal en forma de guantes de cuero grueso y chaquetas protectoras de manga larga para evitar la exposición al calor extremo y las llamas. No se debe usar ropa sintética como poliéster, ya que puede quemarse y causar lesiones. [59] Además, el brillo del área de soldadura conduce a una condición llamada ojo de arco o quemaduras por destello en las cuales la luz ultravioleta causa inflamación de la córnea y puede quemar las retinas de los ojos. Se usan gafas protectoras y cascos de soldadura con placas faciales oscuras que filtran los rayos UV para evitar esta exposición. Desde la década de 2000, algunos cascos han incluido una placa frontal que se oscurece instantáneamente al exponerse a la intensa luz ultravioleta. Para proteger a los transeúntes, el área de soldadura a menudo está rodeada de cortinas de soldadura translúcidas. Estas cortinas, hechas de una película de plástico de cloruro de polivinilo , protegen a las personas que se encuentran fuera del área de soldadura de la luz ultravioleta del arco eléctrico, pero no pueden reemplazar el vidrio de filtro que se usa en los cascos. [60]

Una cámara diseñada para contener humos de soldadura para su análisis.
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Un video que describe la investigación sobre los cascos de soldadura y su capacidad para limitar la exposición a los humos.

Los soldadores a menudo están expuestos a gases peligrosos y material particulado . Procesos como la soldadura por arco con núcleo de fundente y la soldadura por arco metálico protegido producen humo que contiene partículas de varios tipos de óxidos . El tamaño de las partículas en cuestión tiende a influir en la toxicidad de los humos, siendo las partículas más pequeñas las que presentan un peligro mayor. Esto se debe a que las partículas más pequeñas tienen la capacidad de cruzar la barrera hematoencefálica . Los humos y gases, como el dióxido de carbono, el ozono y los humos que contienen metales pesados , pueden ser peligrosos para los soldadores que carecen de la ventilación y el entrenamiento adecuados. [61] La exposición a humos de soldadura de manganeso , por ejemplo, incluso a niveles bajos (<0,2 mg / m 3 ), puede provocar problemas neurológicos o daños en los pulmones, el hígado, los riñones o el sistema nervioso central. [62] Las nanopartículas pueden quedar atrapadas en los macrófagos alveolares de los pulmones e inducir fibrosis pulmonar. [63] El uso de gases comprimidos y llamas en muchos procesos de soldadura presenta un riesgo de explosión e incendio. Algunas precauciones comunes incluyen limitar la cantidad de oxígeno en el aire y mantener los materiales combustibles lejos del lugar de trabajo. [61]

Como proceso industrial, el costo de la soldadura juega un papel crucial en las decisiones de fabricación. Muchas variables diferentes afectan el costo total, incluido el costo del equipo, el costo de la mano de obra, el costo del material y el costo de la energía . [64] Dependiendo del proceso, el costo del equipo puede variar, desde poco costoso para métodos como la soldadura por arco de metal protegido y soldadura con oxicombustible , hasta extremadamente costoso para métodos como la soldadura con rayo láser y la soldadura con rayo de electrones. Debido a su alto costo, solo se utilizan en operaciones de alta producción. Del mismo modo, debido a que la automatización y los robots aumentan los costos de los equipos, solo se implementan cuando es necesaria una alta producción. El costo de la mano de obra depende de la tasa de deposición (la tasa de soldadura), el salario por hora y el tiempo total de operación, incluido el tiempo dedicado a ajustar, soldar y manipular la pieza. El costo de los materiales incluye el costo del material base y de relleno, y el costo de los gases de protección. Finalmente, el costo de la energía depende del tiempo de arco y de la demanda de potencia de soldadura. [64]

Para los métodos de soldadura manual, los costos de mano de obra generalmente constituyen la gran mayoría del costo total. Como resultado, muchas medidas de ahorro de costos se centran en minimizar el tiempo de operación. Para hacer esto, se pueden seleccionar procedimientos de soldadura con altas tasas de deposición y se pueden ajustar los parámetros de soldadura para aumentar la velocidad de soldadura. La mecanización y la automatización a menudo se implementan para reducir los costos de mano de obra, pero esto con frecuencia aumenta el costo del equipo y crea un tiempo de configuración adicional. Los costos de los materiales tienden a aumentar cuando se necesitan propiedades especiales, y los costos de energía normalmente no suman más de varios por ciento del costo total de soldadura. [64]

En los últimos años, para minimizar los costos laborales en la fabricación de alta producción, la soldadura industrial se ha vuelto cada vez más automatizada, sobre todo con el uso de robots en la soldadura por puntos de resistencia (especialmente en la industria automotriz) y en la soldadura por arco. En la soldadura por robot, los dispositivos mecanizados sostienen el material y realizan la soldadura [65] y, al principio, la soldadura por puntos era su aplicación más común, pero la soldadura por arco robótico aumenta en popularidad a medida que avanza la tecnología. Otras áreas clave de investigación y desarrollo incluyen la soldadura de materiales diferentes (como acero y aluminio, por ejemplo) y nuevos procesos de soldadura, como agitación por fricción, pulso magnético, costura térmica conductiva y soldadura híbrida por láser. Además, se desea avanzar en la realización de métodos más especializados, como la soldadura por rayo láser, para más aplicaciones, como en las industrias aeroespacial y automotriz. Los investigadores también esperan comprender mejor las propiedades a menudo impredecibles de las soldaduras, especialmente la microestructura, las tensiones residuales y la tendencia de una soldadura a agrietarse o deformarse. [66]

La tendencia de acelerar la velocidad a la que se realizan las soldaduras en la industria de la construcción de acero entraña un riesgo para la integridad de la conexión. Sin una fusión adecuada a los materiales base proporcionada por un tiempo de arco suficiente en la soldadura, un inspector del proyecto no puede asegurar el diámetro efectivo de la soldadura del charco, por lo tanto, no puede garantizar las capacidades de carga publicadas a menos que sea testigo de la instalación real. [67] Este método de soldadura en charcos es común en los Estados Unidos y Canadá para unir láminas de acero a vigas de barras y miembros de acero estructural . Las agencias regionales son responsables de garantizar la instalación adecuada de la soldadura de charcos en los sitios de construcción de acero. Actualmente no existe un procedimiento estándar o de soldadura que pueda garantizar la capacidad de retención publicada de cualquier conexión no presenciada, pero esto está siendo revisado por la American Welding Society .

La soldadura de dos tubos de vidrio al plomo
Cuenco de vidrio fundido. Las dos mitades están unidas por la costura de soldadura, que corre por el medio.

Los vidrios y ciertos tipos de plásticos son comúnmente materiales soldados. A diferencia de los metales, que tienen un punto de fusión específico , los vidrios y los plásticos tienen un rango de fusión, llamado transición vítrea . Cuando se calienta el material sólido más allá de la temperatura de transición vítrea (T g ) en este rango, generalmente se volverá más suave y flexible. Cuando atraviesa el rango, por encima de la temperatura de fusión del vidrio (T m ), se convertirá en un líquido muy espeso, lento y viscoso, cuya viscosidad disminuirá lentamente a medida que aumenta la temperatura. Por lo general, este líquido viscoso tendrá muy poca tensión superficial en comparación con los metales, convirtiéndose en una consistencia pegajosa, de caramelo a miel , por lo que la soldadura generalmente se puede realizar simplemente presionando dos superficies derretidas juntas. Los dos líquidos generalmente se mezclarán y se unirán al primer contacto. Al enfriarse a través de la transición vítrea, la pieza soldada se solidificará como una pieza sólida de material amorfo .

Soldadura de vidrio

La soldadura de vidrio es una práctica común durante el soplado de vidrio. Se utiliza con mucha frecuencia en la construcción de iluminación, letreros de neón , tubos de flash , equipos científicos y la fabricación de platos y otros artículos de vidrio. También se utiliza durante la fundición de vidrio para unir las mitades de moldes de vidrio, haciendo artículos como botellas y frascos. La soldadura de vidrio se logra calentando el vidrio a través de la transición vítrea, convirtiéndolo en una masa líquida espesa y moldeable. El calentamiento generalmente se realiza con un soplete de gas u oxi-gas, o un horno, porque las temperaturas para fundir el vidrio suelen ser bastante altas. Esta temperatura puede variar según el tipo de vidrio. Por ejemplo, el vidrio de plomo se convierte en un líquido soldable a alrededor de 1,600 ° F (870 ° C) y se puede soldar con un simple soplete de propano. Por otro lado, el vidrio de cuarzo ( sílice fundida ) debe calentarse a más de 3,000 ° F (1,650 ° C), pero pierde rápidamente su viscosidad y formabilidad si se sobrecalienta, por lo que se debe usar un soplete de oxihidrógeno . A veces, un tubo puede estar unido al vidrio, lo que permite soplarlo en varias formas, como bombillas, botellas o tubos. Cuando se presionan dos piezas de vidrio líquido juntas, generalmente se sueldan muy fácilmente. Soldar un mango a una jarra generalmente se puede hacer con relativa facilidad. Sin embargo, cuando se suelda un tubo a otro tubo, se utiliza una combinación de soplado y succión, y de presionar y tirar para asegurar un buen sellado, dar forma al vidrio y evitar que la tensión superficial cierre el tubo sobre sí mismo. A veces se puede usar una varilla de relleno, pero generalmente no.

Debido a que el vidrio es muy frágil en su estado sólido, a menudo es propenso a agrietarse al calentarse y enfriarse, especialmente si el calentamiento y enfriamiento son desiguales. Esto se debe a que la fragilidad del vidrio no permite una expansión térmica desigual . El vidrio que ha sido soldado generalmente deberá enfriarse muy lenta y uniformemente a través de la transición vítrea, en un proceso llamado recocido , para aliviar las tensiones internas creadas por un gradiente de temperatura .

Hay muchos tipos de vidrio y lo más común es soldar con los mismos tipos. Los diferentes vidrios a menudo tienen diferentes tasas de expansión térmica, lo que puede hacer que se agrieten al enfriarse cuando se contraen de manera diferente. Por ejemplo, el cuarzo tiene una expansión térmica muy baja, mientras que el vidrio de cal sodada tiene una expansión térmica muy alta. Al soldar diferentes vidrios entre sí, generalmente es importante igualar estrechamente sus coeficientes de expansión térmica para garantizar que no se produzcan grietas. Además, algunos vasos simplemente no se mezclarán con otros, por lo que es posible que no sea posible soldar entre ciertos tipos.

El vidrio también se puede soldar a metales y cerámicas, aunque con los metales el proceso suele ser más adherencia a la superficie del metal en lugar de una mezcla de los dos materiales. Sin embargo, ciertos vidrios se unirán típicamente solo a ciertos metales. Por ejemplo, el vidrio de plomo se adhiere fácilmente al cobre o al molibdeno , pero no al aluminio. Los electrodos de tungsteno se utilizan a menudo en iluminación, pero no se adhieren al vidrio de cuarzo, por lo que el tungsteno a menudo se humedece con vidrio de borosilicato fundido , que se adhiere tanto al tungsteno como al cuarzo. Sin embargo, se debe tener cuidado para garantizar que todos los materiales tengan coeficientes de expansión térmica similares para evitar el agrietamiento tanto cuando el objeto se enfría como cuando se vuelve a calentar. A menudo se utilizan aleaciones especiales para este propósito, lo que garantiza que los coeficientes de expansión coincidan y, a veces, se puedan aplicar recubrimientos metálicos delgados a un metal para crear una buena unión con el vidrio. [68] [69]

Soldadura de plástico

Los plásticos se dividen generalmente en dos categorías, que son "termoestables" y "termoplásticos". Un termoestable es un plástico en el que una reacción química establece los enlaces moleculares después de formar primero el plástico, y luego los enlaces no se pueden romper nuevamente sin degradar el plástico. Los termoendurecibles no se pueden fundir, por lo tanto, una vez que un termoendurecido se ha fraguado, es imposible soldarlo. Los ejemplos de termoendurecibles incluyen epoxis , silicona , caucho vulcanizado , poliéster y poliuretano .

Los termoplásticos , por el contrario, forman largas cadenas moleculares, que a menudo están enrolladas o entrelazadas, formando una estructura amorfa sin ningún orden cristalino de largo alcance. Algunos termoplásticos pueden ser completamente amorfos, mientras que otros tienen una estructura parcialmente cristalina / parcialmente amorfa. Tanto los termoplásticos amorfos como los semicristalinos tienen una transición vítrea, por encima de la cual puede producirse la soldadura, pero los semicristalinos también tienen un punto de fusión específico que está por encima de la transición vítrea. Por encima de este punto de fusión, el líquido viscoso se convertirá en un líquido que fluye libremente (ver soldabilidad reológica para termoplásticos ). Los ejemplos de termoplásticos incluyen polietileno , polipropileno , poliestireno , cloruro de polivinilo (PVC) y fluoroplásticos como Teflon y Spectralon .

Soldar termoplásticos es muy similar a soldar vidrio. El plástico primero debe limpiarse y luego calentarse a través de la transición vítrea, convirtiendo la interfaz de soldadura en un líquido espeso y viscoso. Luego se pueden presionar dos interfaces calentadas, permitiendo que las moléculas se mezclen a través de la difusión intermolecular, uniéndolas como una sola. Luego, el plástico se enfría a través de la transición vítrea, lo que permite que la soldadura se solidifique. A menudo, se puede usar una varilla de relleno para ciertos tipos de juntas. Las principales diferencias entre soldar vidrio y plástico son los tipos de métodos de calentamiento, las temperaturas de fusión mucho más bajas y el hecho de que los plásticos se queman si se sobrecalientan. Se han ideado muchos métodos diferentes para calentar plástico a una temperatura soldable sin quemarlo. Se pueden usar hornos o herramientas eléctricas de calentamiento para derretir el plástico. El calentamiento ultrasónico, láser o por fricción son otros métodos. Pueden implantarse metales resistivos en el plástico, que responden al calentamiento por inducción. Algunos plásticos comenzarán a arder a temperaturas más bajas que su transición vítrea, por lo que la soldadura se puede realizar soplando un gas inerte caliente sobre el plástico, fundiéndolo y, al mismo tiempo, protegiéndolo del oxígeno. [70]

Muchos termoplásticos también se pueden soldar con disolventes químicos . Cuando se coloca en contacto con el plástico, el solvente comenzará a ablandarlo, llevando la superficie a una solución líquida espesa. Cuando dos superficies fundidas se presionan juntas, las moléculas de la solución se mezclan, uniéndolas como una. Debido a que el solvente puede penetrar el plástico, el solvente se evapora a través de la superficie del plástico, lo que hace que la soldadura se salga de la solución y se solidifique. Un uso común de la soldadura con solvente es para unir tuberías de PVC o ABS ( acrilonitrilo butadieno estireno ) durante la plomería , o para soldar plásticos de estireno y poliestireno en la construcción de modelos . La soldadura por solvente es especialmente efectiva en plásticos como el PVC que se queman en su transición vítrea o por debajo de ella, pero puede ser ineficaz en plásticos como el teflón o el polietileno que son resistentes a la descomposición química . [71]

  • Unión de aluminio
  • Sujetadores
  • Lista de códigos de soldadura
  • Lista de procesos de soldadura
  • Especificacion del procedimiento de soldadura
  • Certificación de soldador
  • Escultura soldada

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