2.4. Soldadura
Importante
|
| Imagen 56. Wikipedia. creative Commons. |
La soldadura es un proceso de unión de materiales, generalmente metales o termoplásticos, por medio del calor.
Consiste en caldear el material hasta que funde, y una vez unidas las piezas, se dejan enfriar.
Si en el proceso de soldadura se utiliza un material que se aporta a la unión, se dice que es una soldadura con material de aportación, y si no interviene ningún material externo, entonces se dice que es una soldadura sin material de aportación o autógena.
Si el material de aportación y los materiales a unir son de la misma naturaleza, se llamará soldadura homogénea y en caso contrario heterogénea.
En la soldadura se pueden utilizar diferentes formas de caldeo del material: una llama de gas, un arco eléctrico, un láser, un rayo de electrones, procesos de fricción o ultrasonido.
Puede ser realizada en diferentes ambientes al aire libre, en atmósfera inerte, bajo el agua o en el espacio.
Como curiosidad aquí tienes un vídeo interesante sobre la soldadura bajo el agua.
La soldadura puede realizarse:
- a tope, en la que los dos extremos que se pretenden soldar están situados en el mismo plano. Cuando se suelda a tope, el cordón debe ser continuo a todo lo largo de la unión y con completa penetración. En uniones de fuerza el cordón de soldadura debe realizarse por ambas caras. Es la posición más usual y recomendable.
- a solape, realizando el cordón a lo largo de dos juntas solapadas. Se le llama también soldadura con recubrimiento.
 |
 |
El material de aportación debe tener una temperatura de fusión inferior a la de las piezas a soldar e incluso en algunas ocasiones hay que aportar una presión junto con el calor para que se realice la soldadura.
Habitualmente se emplea también un producto llamado borax con el que se impregnan las superficies a soldar. Éste cumple la doble función de actuar como desoxidante de las zonas donde se aplica y como fundente, es decir, reduciendo la temperatura de fusión.
La tensión que soportan los cordones de soldadura se calculan con las ecuaciones:
| Soldadura a tope: |
|
| Soldadura a solape: |
 |
Donde:
- F es la fuerza de tracción ejercida
- L es la anchura del cordón de soldadura
- e es el espesor de las chapas
- σadm la tensión máxima admisible del material
Ejemplo o ejercicio resuelto
Calcula la tensión que soportará una soldadura a tope realizada entre dos chapas de 300 mm de longitud y 12 mm de espesor cuando la unión está sometida a esfuerzos de tracción de 25 kN.
Resolver este ejercicio es tan sencillo como aplicar la fórmula que acabamos de ver.
Ejemplo o ejercicio resuelto
Calcula la tensión que soportará una soldadura a solape realizada entre dos chapas de 150 mm de longitud y 10 mm de espesor cuando la unión está sometida a esfuerzos de tracción de 2000 kp.
Este ejercicio es igual que el anterior. La única diferencia es que la soldadura es a solape, por lo que la fórmula que deberás utilizar es la otra.
A continuación vamos a conocer los distintos tipos de soldaduras.
|
| Imagen 59. Wikimedia. Creative Commons. |
SOLDADURA BLANDA
Se emplea para unir componentes electrónicos y montar circuitos impresos.
Para realizarla se utiliza un soldador que es una herramienta
con aspecto de "lápiz". En la punta tiene una barra de cobre recubierta
con hierro, níquel y cromo y cuando se conecta a la red alcanza
temperaturas superiores a 230ºC (dependiendo de su potencia).
Si necesitamos deshacer una soldadura o eliminar el exceso de metal de aportación, utilizamos el desoldador que es un instrumento con un mecanismo succionador que absorbe el material fundido.
Utiliza como material de aportación una aleación formada por 60% de estaño y 40% de plomo debido a su buena conductividad eléctrica, a su bajo punto de fusión (232ºC) y a su precio competitivo, aunque en ciertas aplicaciones especiales se usan aleaciones con plata u oro. Este material es tubular y su alma es de una resina que al fundirse, desengrasa y desoxida los metales a soldar, lo que asegura que los elementos a soldar deben estar limpios de grasa, óxido, lo que hace que la soldadura sea eficaz.
|
|
| Imagen 60. Wikimedia. Creative Commons. | Imagen 61. Wikimedia. Creative Commons. |
Curiosidad
El método para realizar una soldadura blanda, cuando se debe montar un circuito impreso, consiste en:
-
Introducir la patilla del componente por el orificio de la placa y sujetarlo evitando que se mueva durante el proceso.
Imagen 62. Isftic. Creative Commons.
- Situar la punta del soldador, previamente calentado, justo en el lugar donde se desea soldar, haciendo contacto entre la patilla del componente y la pista de la placa.
- Cuando han adquirido la temperatura adecuada, se aplica la cantidad de estaño precisa para formar una especie de cono en el punto a soldar sin retirar la punta del soldador.
- Se mantiene esta posición unos instantes para que el estaño se distribuya uniformemente por el punto de soldadura y se retira la punta del soldador.
- Se mantiene el conjunto inmóvil unos segundos hasta que solidifique el estaño. No hay que soplar porque disminuye la resistencia mecánica de la soldadura.
- Con unas tenacillas se corta el sobrante de la patilla que sobresale de la soldadura, procurando que el punto de soldadura quede estético.
SOLDADURA OXIACETILÉNICA O AUTÓGENA
|
| Imagen 63. Wikipedia. Creative Commons. |
Se utiliza para soldar distintos materiales: acero, cobre, latón, aluminio, magnesio, fundiciones y sus respectivas aleaciones.
No necesita material de aportación.
Para lograr la fusión rápida del material se utiliza un soplete que combina oxígeno
(como comburente) y acetileno (como combustible). La mezcla se produce
en una boquilla hueca de la que sale acetileno rodeado por el oxígeno. La llama que
se produce es muy delgada y de color celeste, y alcanza una
temperatura de 3050 ºC.
 |
|
Imagen 64. Mediateca. Creative Commons. |
El enfriamiento es más lento que con el arco eléctrico, lo que provoca mayores tensiones residuales y distorsión de soldadura.
El oxígeno y el acetileno se almacenan en botellas de acero, a una presión de 15 kp/cm² el acetileno y de 200 kp/cm² el oxígeno y ambas van montadas en un carrillo desplazable.
Un proceso similar, el oxicorte, se emplea para cortar metales.
Curiosidad
La llama producida en el soplete oxiacetilénico presenta varias zonas:
- Zona de mezcla, donde se mezclan ambos gases.
- Dardo, se calienta la mezcla hasta la temperatura de inflamación, pero todavía no ha ardido es de un color verdoso.
- Zona de inflamación, se produce una elevación muy brusca de temperatura.
- Zona de temperatura máxima, es la que se emplea durante la soldadura.
- Penacho, es la zona exterior de la llama, donde se produce la segunda fase de la combustión.
En el siguiente vídeo tienes una muestra de cómo se realiza la soldadura oxiacetilénica.
SOLDADURA POR ARCO
|
| Imagen 65. Wikipedia. Creative Commons. |
El proceso consiste en provocar la fusión de las piezas a unir debido al calor producido por un arco eléctrico (alcanza una temperatura de unos 3500ºC). Los bordes fundidos de las piezas se mezclan íntimamente con el material de aportación (que se desprende de un electrodo), dando lugar, al enfriarse, a una unión homogénea y resistente.
Se deben fijar las piezas a soldar a una mesa de trabajo de material refractario, inmovilizándolas durante el proceso.
Se debe ir eliminando la escoria que se va produciendo, recubriendo el cordón de soldadura, con una picoleta.
Hay que mantener el electrodo inclinado unos 15º y desplazarlo en un movimiento de zigzag relativo, para tratar de que el material que se desprende de él se distribuya homogéneamente entre las piezas a soldar.
Los electrodos tienen una parte central o alma, y un revestimiento exterior (metálico o de carbón; según los empleados se identifican distintas técnicas de soldadura).
Las sustancias del revestimiento tienen diversas misiones: añadir material a la soldadura, proteger el metal fundido durante la fusión, aumentar la ionización del aire, dirigir el arco y las gotas de metal fundido y formar escorias que ascienden a la superficie de la soldadura.
Durante el proceso de la soldadura hay que protegerse los ojos con un vidrio muy oscuro, ya que la luminosidad del arco podría dañar los ojos.
SOLDADURA POR RESISTENCIA
Se basa en el efecto Joule, es decir, en aprovechar el calor generado
cuando una corriente eléctrica atraviesa una resistencia que colocamos
en la zona de unión de dos superficies de metal para fundir el
material.
Se puede diferenciar varios tipos de soldadura por resistencia:
- Soldadura por puntos
- Soldadura por costura
- Soldadura TIG
- Soldadura aluminotérmica
SOLDADURA POR PUNTOS
Se utiliza para soldar chapas de metal solapadas, de hasta 5 mm de espesor.
Dos electrodos aprietan las chapas de metal y se hace pasar una corriente, de elevado valor, a su través, lo que proporciona el calor suficiente para fundir el material.
Presenta indiscutibles ventajas:
- uso eficiente de la energía
- escasa deformación de las piezas
- elevados ritmos de producción,
- fácil automatización
- no necesita material de aportación y
- aunque la fuerza en la unión es inferior que con otros métodos de soldadura, está especialmente indicada en la industria del automóvil.
Un coche actual lleva varios miles de puntos de soldadura ejecutados por robots soldadores.
 |
 |
| Imagen 66. Wikipedia. Creative Commons. |
Imagen 67. Wikipedia. Creative Commons. |
SOLDADURA POR COSTURA
Los electrodos tienen forma de rueda y van girando, describiendo una trayectoria por la zona a soldar y haciendo posible costuras de soldadura largas y continuas.
Antes se usaba en la fabricación de latas de bebidas, ahora sus usos son más reducidos.
SOLDADURA TIG (Tungsten Inert Gas)
Caracterizada por la utilización de un electrodo permanente de tungsteno. Como el punto de fusión del tungsteno es muy elevado (3410ºC) y se trabaja en presencia de atmósferas inertes, generalmente gas argón o helio, el electrodo apenas sufre desgaste tras usos prolongados.
|
| Imagen 68. Mediateca. Creative Commons. |
SOLDADURA ALUMINOTÉRMICA
Es un procedimiento utilizado en raíles de vías férreas y está basado en la reducción del óxido de hierro por el aluminio que se produce según una reacción altamente exotérmica, alcanzándose temperaturas superiores a 2000º C.
Fe2O3 + 2 Al = Al2O3 + 2 Fe + calor
La soldadura se ejecuta en un molde refractario acoplado en los extremos de los raíles a unir, dentro del que se vierte el acero fundido producto de la reacción, que se inicia con un fósforo.
Una vez iniciada la reacción el proceso es muy rápido y el material fundido fluye dentro del molde, quedando el acero entre los extremos a soldar.
Curiosidad
Hay constancia histórica de que hace más de 2000 años en China, ya se realizaban soldaduras heterogéneas.
El historiar romano Plinio hace referencia a la soldadura con estaño, como método habitual empleado por los orfebres, para fabricar adornos con metales preciosos.
Durante el siglo XV se empezó a emplear el borax como fundente en los procesos de soldadura.
Para saber más
En esta página tienes información detallada y al mismo tiempo sencilla de los distintos tipos de soldadura.
AV - Pregunta de Selección Múltiple
La soldadura es un método de unión basado en:
La fusión de los materiales por medio de calor.
| |
La fusión de los materiales por el efecto Joule.
| |
La fusión de los materiales por medio de reacciones exotérmicas.
| |
Los raíles de las vías férreas se sueldan con soldadura:
TIG
| |
Aluminotérmica
| |
Oxiacetilénica
| |
Para soldar chapas solapadas y de poco espesor se utiliza la soldadura.
Por puntos y por costura.
| |
Por puntos y por arco.
| |
Sólo por puntos.
| |
El material de aportación de la soldadura oxiacetilénica es:
El acetileno.
| |
El acetileno y el oxígeno.
| |
No utiliza material de aportación.
| |
En la soldadura blanda se usa estaño :
Como material de aportación.
| |
Para desengrasar los elementos a soldar.
| |
Para desoxidar los elementos a soldar.
| |