SOLDADURA

1. Metal de base.
2. Cordón de soldadura.
3. Fuente de energía.
4. Metal de aportación.

La soldadura es un proceso de fijación en donde se realiza la unión de dos o más piezas de un material, (generalmente metales o termoplásticos), usualmente logrado a través de la coalescencia (fusión), en la cual las piezas son soldadas fundiendo, se puede agregar un material de aporte (metal o plástico), que, al fundirse, forma un charco de material fundido entre las piezas a soldar (el baño de soldadura) y, al enfriarse, se convierte en una unión fija a la que se le denomina cordón. A veces se utiliza conjuntamente presión y calor, o solo presión por sí misma, para producir la soldadura.

Muchas fuentes de energía diferentes pueden ser usadas para la soldadura, incluyendo una llama de gas, un arco eléctrico, un láser, un rayo de electrones, procesos de fricción o ultrasonido. La energía necesaria para formar la unión entre dos piezas de metal generalmente proviene de un arco eléctrico. La energía para soldaduras de fusión o termoplásticos generalmente proviene del contacto directo con una herramienta o un gas caliente.

La soldadura con frecuencia se realiza en un ambiente industrial, pero puede realizarse en muchos lugares diferentes, incluyendo al aire libre, bajo del agua y en el espacio. Independientemente de la localización, sin embargo, la soldadura sigue siendo peligrosa, y se deben tomar precauciones para evitar quemaduras, descarga eléctrica, humos venenosos, y la sobreexposición a la luz ultravioleta.

Hasta el final del siglo XIX, el único proceso de soldadura era la soldadura de fragua, que los herreros han usado por siglos para juntar metales calentándolos y golpeándolos. La soldadura por arco y la soldadura a gas estaban entre los primeros procesos en desarrollarse tardíamente en ese mismo siglo, siguiéndoles, poco después, la soldadura por resistencia y soldadura eléctrica. La tecnología de la soldadura avanzó rápidamente durante el principio del siglo XX mientras que la Primera Guerra Mundial y la Segunda Guerra Mundial condujeron la demanda de métodos de unión fiables y baratos. Después de las guerras, fueron desarrolladas varias técnicas modernas de soldadura, incluyendo métodos manuales como la Soldadura manual de metal por arco, ahora uno de los más populares métodos de soldadura, así como procesos semiautomáticos y automáticos tales como Soldadura GMAW, soldadura de arco sumergido, soldadura de arco con núcleo de fundente y soldadura por electroescoria. Los progresos continuaron con la invención de la soldadura por rayo láser y la soldadura con rayo de electrones a mediados del siglo XX. Hoy en día, la ciencia continúa avanzando. La soldadura robotizada está llegando a ser corriente en las instalaciones industriales, y los investigadores continúan desarrollando nuevos métodos de soldadura y ganando mayor comprensión de la calidad y las propiedades de la soldadura.

Se dice que la soldadura es un sistema porque intervienen los elementos propios de este, es decir, las 5 M: mano de obra, materiales, máquinas, medio ambiente y medios escritos (procedimientos). La unión satisfactoria implica que debe pasar las pruebas mecánicas (tensión y doblez). Las técnicas son los diferentes procesos (SMAW, SAW, GTAW, etc.) utilizados para la situación más conveniente y favorable, lo que hace que sea lo más económico, sin dejar de lado la seguridad.

TIPOS

Soldadura de estado sólido

Como el primer proceso de soldadura, la soldadura de fragua, algunos métodos modernos de soldadura no implican derretimiento de los materiales que son juntados.

• La soldadura ultrasónica, es usada para conectar hojas o alambres finos hechos de metal o termoplásticos, haciéndolos vibrar en alta frecuencia y bajo alta presión. El equipo y los métodos implicados son similares a los de la soldadura por resistencia, pero en vez de corriente eléctrica, la vibración proporciona la fuente de energía. Soldar metales con este proceso no implica el derretimiento de los materiales; en su lugar, la soldadura se forma introduciendo vibraciones mecánicas horizontalmente bajo presión. Cuando se están soldando plásticos, los materiales deben tener similares temperaturas de fusión, y las vibraciones son introducidas verticalmente. La soldadura ultrasónica se usa comúnmente para hacer conexiones eléctricas de aluminio o cobre, y también es un muy común proceso de soldadura de polímeros.

• la soldadura explosiva, implica juntar materiales empujándolos juntos bajo una presión extremadamente alta. La energía del impacto plastifica los materiales, formando una soldadura, aunque solamente una limitada cantidad de calor sea generada. El proceso es usado comúnmente para materiales disímiles de soldadura, tales como la soldadura del aluminio con acero en cascos de naves o placas compuestas.

• Otros procesos de soldadura de estado sólido incluyen la soldadura de coextrusión, la soldadura en frío, la soldadura de difusión, la soldadura por fricción, la soldadura por alta frecuencia, la soldadura por presión caliente, la soldadura por inducción, y la soldadura de rodillo. 

Soldadura por arco

Se trata, en realidad, de distintos sistemas de soldadura, que tienen en común el uso de una fuente de alimentación eléctrica. Ésta se usa para generar un arco voltaico entre un electrodo y el material base, que derrite los metales en el punto de la soldadura. Se puede usar tanto corriente continua (CC) como alterna (AC), e incluyen electrodos consumibles o no consumibles, los cuales se encuentran cubiertos por un material llamado revestimiento. A veces, la zona de la soldadura es protegida por un cierto tipo de gas inerte o semi inerte, conocido como gas de protección, y, en ocasiones, se usa un material de relleno.

Soldadura blanda y fuerte

La soldadura blanda y la soldadura fuerte son procesos en los cuales no se produce la fusión de los metales base, sino únicamente del metal de aportación. Siendo el primer proceso de soldadura utilizado por el hombre, ya en la antigua Sumeria.

• La soldadura blanda se da a temperaturas inferiores a 450 ºC.
• La soldadura fuerte se da a temperaturas superiores a 450 ºC.
• Y la soldadura fuerte a altas temperaturas se da a temperaturas superiores a 900 ºC.

Fuentes de energía

Para proveer la energía eléctrica necesaria para los procesos de la soldadura de arco, pueden ser usadas diferentes fuentes de alimentación. La clasificación más común de dichas fuentes consiste en separar las de corriente constante y las de voltaje constante. En la soldadura de arco, la longitud del arco está directamente relacionada con el voltaje, y la cantidad de calor generado está relacionada con la intensidad de la corriente. Las fuentes de alimentación de corriente constante son usadas con más frecuencia para los procesos manuales de soldadura tales como la soldadura de arco de gas con electrodo de tungsteno y la soldadura de arco metálico blindado, porque ellas mantienen una corriente constante incluso mientras el voltaje varía. Esto es importante en la soldadura manual, ya que puede ser difícil sostener el electrodo perfectamente estable, y como resultado, la longitud del arco y el voltaje tienden a fluctuar. Las fuentes de alimentación de voltaje constante mantienen éste y varían la corriente. Como resultado, son usadas más a menudo para los procesos de soldadura automatizados tales como la soldadura de arco metálico con gas, soldadura por arco de núcleo fundente, y la soldadura de arco sumergido. En estos procesos, la longitud del arco es mantenida constante, puesto que cualquier fluctuación en la distancia entre electrodo y material base es rápidamente rectificado por un cambio grande en la corriente. Si el alambre y el material base se acercan demasiado, la corriente aumentará rápidamente, lo que, a su vez, causa un aumento del calor y éste hace que la extremidad del alambre se funda, haciéndolo, así, volver a su distancia de separación original.

El tipo de corriente usado en la soldadura de arco también juega un papel importante. Los electrodos de proceso consumibles como los de la soldadura de arco de metal blindado y la soldadura de arco metálico con gas generalmente usan corriente directa (continua), por lo que el electrodo puede ser cargado positiva o negativamente, dependiendo de cómo se realicen las conexiones de los electrodos. En la soldadura, en caso de cargar el electrodo positivamente generará mayor de calor en el mismo, y como resultado, la soldadura resulta más superficial (al no fundirse casi el material base). Si el electrodo es cargado negativamente, el metal base estará más caliente, incrementando la penetración del aporte y la velocidad de la soldadura.Los procesos de electrodo no consumible, tales como la soldadura de arco de gas y electrodo de tungsteno, pueden usar ambos tipos de corriente directa, así como corriente alterna. Como en el caso antes citado, un electrodo positivamente cargado causa soldaduras superficiales y un electrodo negativamente cargado, también provoca soldaduras más profundas.En caso de utilizar corriente alterna, al invertirse constante y rápidamente la polaridad eléctrica, se consiguen soldaduras de penetración intermedia. Una desventaja de la CA, el hecho de que el arco se anule a cada inversión de polaridad, se ha superado con la invención de unidades de energía especiales que producen un patrón cuadrado de onda, en vez del patrón normal de onda sinusoidal, generando pasos por cero muy rápidos que minimizan los efectos del problema de la desaparición del arco voltaico.

Soldadura manual con electrodo revestido (SMAW, Shielded Metal Arc Welding): También es conocida como soldadura manual de arco metálico (MMA) o soldadura de electrodo. La corriente eléctrica se usa para crear un arco entre el material base y la varilla de electrodo consumible, que es de acero y está cubierto con un fundente que protege el área de la soldadura contra la oxidación y la contaminación, por medio de la producción del gas CO₂ durante el proceso de la soldadura. El núcleo en sí mismo del electrodo actúa como material de relleno, haciendo innecesario un material de relleno adicional.El proceso es versátil y puede realizarse con un equipo relativamente barato, haciéndolo adecuado para trabajos domésticos y para trabajos de campo.

Soldadura de arco metálico con gas (GMAW, Gas Metal Arc Welding): También conocida como soldadura de metal y gas inerte o por las siglas en inglés MIG (Metal Inert Gas) y MAG (Metal Active Gas), es un proceso semiautomático o automático que usa una alimentación continua de alambre como electrodo y una mezcla de gas inerte o semi-inerte para proteger la soldadura contra la contaminación. Como con la SMAW, la habilidad razonable del operador puede ser alcanzada con entrenamiento modesto. Puesto que el electrodo es inyectado de forma continua, las velocidades de soldado son mayores para la GMAW que para la SMAW. También, el tamaño más pequeño del arco, comparado a los procesos de soldadura de arco metálico protegido, hace más fácil hacer las soldaduras en posturas complicadas (ej, empalmes en lo alto, como sería soldando por debajo de una estructura).

Soldadura de arco de núcleo fundente (FCAW), usa un equipo similar pero utiliza un alambre que consiste en un electrodo de acero relleno de un material en polvo. Este alambre nucleado es más costoso que el alambre sólido estándar y puede generar humos y/o escoria, pero permite incluso una velocidad más alta de soldadura y mayor penetración del metal.

Soldadura de arco, tungsteno y gas (GTAW), o soldadura de tungsteno y gas inerte (TIG) (también a veces designada erróneamente como soldadura heliarc), es un proceso manual de soldadura que usa un electrodo de tungsteno no consumible, una mezcla de gas inerte o semi-inerte, y un material de relleno separado. Especialmente útil para soldar materiales finos, este método es caracterizado por un arco estable y una soldadura de alta calidad, pero requiere una significativa habilidad del operador y solamente da velocidades de trabajo relativamente bajas. La GTAW pueden ser usada en casi todos los metales soldables, aunque es aplicada más a menudo a aleaciones de acero inoxidable y metales livianos. Se usa en los casos en que son extremadamente importantes las soldaduras de calidad, por ejemplo en fabricación de cuadros de bicicletas, aviones y aplicaciones navales.

Soldadura de arco de plasma, también usa un electrodo de tungsteno pero utiliza un gas de plasma para hacer el arco. El arco es más concentrado que el arco de la GTAW, haciendo el control transversal más crítico y así generalmente restringiendo la técnica a un proceso mecanizado. Debido a su corriente estable, el método puede ser usado en una gama más amplia de materiales gruesos que en el caso de la GTAW, y además, es mucho más rápido que ésta. Se aplica a los mismos materiales que la GTAW excepto al magnesio, y la soldadura automatizada del acero inoxidable es una aplicación reseñable de este sistema. Una variante del mismo es el corte por plasma, un eficiente sistema para el corte de acero.

Soldadura de arco sumergido (SAW) es un método de soldadura de alta productividad en el cual el arco se genera inmerso en un fluido. Esto aumenta la calidad del arco, puesto que los contaminantes de la atmósfera son desplazados por dicho fluido. La escoria que forma la soldadura, generalmente, sale por sí misma, y, combinada con el uso de una alimentación de alambre continua, la velocidad de deposición de la soldadura es alta. Las condiciones de trabajo mejoran mucho en comparación con otros sistemas de soldadura de arco, puesto que el fluido oculta el arco y, así, casi no se produce ningún humo. Este sistema es usado comúnmente en la industria, especialmente para productos grandes y en la fabricación de recipientes de presión soldados.

Otros procesos de soldadura de arco incluyen la soldadura de hidrógeno atómico, la soldadura de arco de carbono, la soldadura de electroescoria, la soldadura por electrogas, y la soldadura de arco de perno.

  

Soldadura por puntos o de choque, es un popular método de soldadura por resistencia usado para juntar hojas de metal solapadas de hasta 3mm de grosor. Dos electrodos son usados simultáneamente para sujetar juntas las hojas de metal y para hacer pasar corriente a través de las mismas. Las ventajas del método incluyen el uso eficiente de la energía, una limitada deformación de la pieza de trabajo, altas velocidades de producción, fácil automatización, y el no requerimiento de materiales de relleno. La fuerza de dicha soldadura es sensiblemente más baja que las de otros métodos de soldadura, restrigiendo el sistema a ciertas aplicaciones. Es usada extensivamente en la industria del automóvil. Los vehículos ordinarios puede llevar varios miles de puntos de soldadura hechos por robots industriales. Un proceso especializado, llamado soldadura de choque, puede ser usado para los puntos de soldadura del acero inoxidable. 

Soldadura a gas

El proceso más común de soldadura a gas es la soldadura oxiacetilénica, también conocida como soldadura autógena o soldadura oxi-combustible. Es uno de los más viejos y más versátiles procesos de soldadura, pero en años recientes ha llegado a ser menos popular en aplicaciones industriales. Todavía es usada extensamente para soldar tuberías y tubos, como también para trabajo de reparación. El equipo es relativamente barato y simple, generalmente empleando la combustión del acetileno en oxígeno para producir una temperatura de la llama de soldadura de cerca de 3100 °C. Puesto que la llama es menos concentrada que un arco eléctrico, causa un enfriamiento más lento de la soldadura, que puede conducir a mayores tensiones residuales y distorsión de soldadura, aunque facilita la soldadura de aceros de alta aleación.
Un proceso similar, generalmente llamado corte de oxicombustible, es usado para cortar los metales.

Otros métodos de la soldadura a gas, tales como soldadura de acetileno y aire, soldadura de hidrógeno y oxígeno, y soldadura de gas a presión son muy similares, generalmente diferenciándose solamente en el tipo de gases usados. Una antorcha de agua a veces es usada para la soldadura de precisión de artículos como joyería. La soldadura a gas también es usada en la soldadura de plástico, aunque la sustancia calentada es el aire, y las temperaturas son mucho más bajas.

Soldadura por rayo de energía

Los métodos de soldadura por rayo de energía, llamados soldadura por rayo láser y soldadura con rayo de electrones, son procesos relativamente nuevos que han llegado a ser absolutamente populares en aplicaciones de alta producción. Los dos procesos son muy similares, diferenciándose más notablemente en su fuente de energía. La soldadura de rayo láser emplea un rayo láser altamente enfocado, mientras que la soldadura de rayo de electrones es hecha en un vacío y usa un haz de electrones. Ambas tienen una muy alta densidad de energía, haciendo posible la penetración de soldadura profunda y minimizando el tamaño del área de la soldadura. Ambos procesos son extremadamente rápidos, y son fáciles de automatizar, haciéndolos altamente productivos. Las desventajas primarias son sus muy altos costos de equipo (aunque éstos están disminuyendo) y una susceptibilidad al agrietamiento. Los desarrollos en esta área incluyen la soldadura de láser híbrido, que usa los principios de la soldadura de rayo láser y de la soldadura de arco para incluso mejores propiedades de soldadura.

NORMAS DE SEGURIDAD 

• La ropa a ser posible que sea de lana o algodón (ropa vaquera) nunca ropa acrílica, esta si se prende se pega en la piel y la quemadura puede ser muy seria. Importante que la ropa no esté sucia y con grasa o aceite (arde con mucha facilidad).
• Botas de seguridad de cuero, preferible que tengan lengüeta en el empeine para soportar las chispas de la soldadura.
• Guantes de cuero apropiados para soldar (no vale cualquier guante de cuero).
• Gafas de seguridad, sobre todo si sueldas con electrodo, al quitar la escoria (revestimiento) encima del cordón nos puede saltar escoria a los ojos y producirnos una lesión seria. Procura quitar la escoria cuando este fría
• Pantalla de soldar, esta debe ser lo más ligera posible para que no sufran nuestras cervicales y tener un cristal apropiado, que no sea demasiado claro y nos produzca quemaduras en los ojos por radiaciones (los cristales para cortar con soplete, no valen).

 

MANTENIMIENTO DE EQUIPOS Y MATERIALES

Tienes que tener algunas precauciones antes de encender la máquina de soldar o soldadora:

1. Debes de revisar las conexiones de los cables a la maquina, positivo (pinza) y negativo (masa), tienen que estar bien ajustados en sus tomas.
2. La toma de corriente para la máquina de soldar en buenas condiciones (no tener los cables pelados, muy peligroso).
3. La zona de trabajo ha de estar limpia y ordenada de esta manera evitaremos incendios por las chispas y accidentes por objetos que puedan hacernos tropezar, torceduras, etc.
4. Buena ventilación para que no se acumulen los gases producidos por la soldadura. La norma dice que hay que tener extractores, pero yo personalmente para soldaduras puntuales no lo veo justificado. Basta con buena ventilación y parar de vez en cuando si se carga el ambiente de humo.
5. Una buena práctica es tener un extintor y/o un cubo de agua cerca por si surge un pequeño incendio, piensa que cuando estas con la careta de soldar no ves tú entorno, y es muy fácil que algo salga ardiendo. Más vale prevenir.
6. Por último si trabajas solo, te recomiendo que lleves encima un teléfono móvil, por si las moscas. Esta práctica te dará mucha seguridad.