aporte de calor en soldadura

Unidad Didáctica

Aporte de Calor en la Soldadura

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Cuando definimos la soldadura en la unidad númerouno, ya vimos que se trata de un proceso por el cualfundimos un metal sobre otro para conseguir, tras elenfriamiento, una unión soldada.En esta definición aparece una fase común a cualquierprocedimiento de soldadura: la fundición. Y, ¡qué dudacabe que, para llegar a fundir un metal, se hace nece-sario el aporte de calor! No se puede pensar en realizaruna unión soldada entre metales sin la aparición deuna fuente calorífica.Existen varios métodos para llevar a cabo una unión porsoldadura de metales, y cada uno de ellos emplea un sis-tema distinto de obtención de calor. En unos casos elcalor se obtiene mediante la combustión de gases; enotros, manteniendo un arco eléctrico entre dos electro-dos, o también por la fricción entre dos metales.En esta unidad vamos a estudiar la variedad de fuentes de calorque dan lugar a la soldadura y que clasificaremos de la siguientemanera:� Combustión de gases. Llamas, tipos de llamas.� Arco eléctrico.� Otros métodos de aporte de calor.

Aporte de Calor en la Soldadura 3

Unidad Didáctica Aporte de Calor en la Soldadura

Al finalizar el estudio de esta unidad, deberías ser capaz de:� Identificar un equipo de soldadura cuya fuente de calor estébasada en la combustión de gases.� Explicar este sistema de funcionamiento, diferenciando las dis-tintas llamas que se presentan.� Definir la fuente calórica que proporciona el arco eléctrico y suaplicación en la soldadura.� Reconocer otros medios de aporte de calor utilizados en laindustria actual.

En el estudio son necesarias técnicas de trabajo que permitanun uso adecuado de las herramientas (libros o manuales y tutor,principalmente). Éstas, de poco sirven si no se utilizan correcta-mente. Y cuando hablamos de técnicas nos referimos, sobretodo, al dominio de métodos de comprensión lectora eficaces.Si la información viene dada en textos escritos, como es nuestrocaso, el disponer de una buena técnica de comprensión lectora tefacilitará un mejor aprovechamiento del estudio. Por el contrario,si existen deficiencias de comprensión lectora, irremediablementetenderás al abandono de la unidad que en ese momento estésestudiando.Te recomendamos que leas con detenimiento la unidad, que tepares después de la lectura de cada párrafo y reconstruyas men-talmente las ideas contenidas en el mismo.

4 Aporte de Calor en la Soldadura

Consejos de estudio

Tus objetivos

Este sistema de aporte de calor es el empleado en un método desoldadura denominado oxigás.Éste es un procedimiento de soldadura que permite la unión delos metales gracias al aporte de calor producido en la combustiónde gases.Los gases empleados son:

� Oxígeno-acetileno.� Oxígeno-propano.

Se realiza una mezcla combinando oxígeno con acetileno o conpropano en un instrumento llamado soplete, consiguiéndose unallama de 3.200 ºC ó 2.700 ºC respectivamente. Esta llama nospermite soldar tanto metales como aleaciones férreas y noférreas.Para que se produzca la llama es necesaria la aparición de dos ele-mentos: el combustible* y el comburente*, actuando el acetilenoo propano como combustible y el oxígeno como comburente.La figura 1 muestra un soplete normalmente utilizado en la solda-dura de metales y cómo se realiza la mezcla en su interior.

Fig. 1: Soplete.


Combustión de gases

OxígenoEl oxígeno forma parte del aire que nos rodea, encontrándose enuna proporción del 22%, y se obtiene mediante un proceso dedestilación* del aire de la atmósfera. También podemos conse-guirlo a partir del agua destilada mediante un proceso elec-trolítico*.Una vez obtenido se almacena en recipientes cilíndricos metálicoso botellas a una presión aproximada de 150 kgr/cm2.AcetilenoEl acetileno se obtiene a partir de la reacción originada al sumer-gir carburo de calcio en agua, provocando la emanación de estegas. Se almacena en botellas que previamente se han cargado deacetona (con objeto de impedir que el acetileno se descompongacon riesgo de explosión), a una presión de 15 kgr/cm2.A ambas botellas se les acopla un útil llamado manorreductor.Éste tiene la finalidad de transformar la alta presión del interior dela botella en una de trabajo, que oscila entre los 3 kgr/cm2 para eloxígeno y 100 gr/cm2 para el acetileno. Es muy importante que elsoldador sepa que no se puede engrasar ninguno de loselementos que componen la instalación, pues estos gasesreaccionan con la grasa autocombustionando (ardiendo oexplotando espontáneamente).PropanoEl propano es también utilizado como combustible, y aunque seobtienen llamas de menor temperatura, su uso queda justificadopor la diferencia económica que presenta. Este menor costo sedebe a que se obtiene a partir de un proceso de refinado delpetróleo, embotellándose de igual manera que los anterioresgases.


La llama presenta un aspecto de punta de lápiz o cono brillantede color azulado, llamado dardo, donde se consigue la tempera-tura más alta. Este dardo está rodeado por una envoltura algoanaranjada llamada penacho, que se origina por la combustiónde los propios gases.


ACTIVIDAD 1Señala la respuesta correcta en las siguientes cuestiones:1. El acetileno y el propano actúan en la combustión como:

a. Combustible.b. Comburente.

2. El instrumento donde se produce la mezcla se llama:a. Electrodo.b. Soplete.c. Acetona.

3. La presión de carga del oxígeno en la botella es de:5 kgr/cm2.22 kgr/cm2.150 kgr/cm2.

4. ¿Necesitan engrase los elementos del equipo de soldadura oxigás?No, nunca.Periódicamente.

Llama

Tipos de llamaDependiendo de la proporción en la que se mezclen el oxígeno yel acetileno, la llama presentará las siguientes variedades:Llama neutraSe origina cuando la proporción es correcta, consecuencia de unamezcla equilibrada. Se emplea en la mayoría de las soldaduras deaceros, bronces, latones, aluminio y aleaciones variadas. No alteralas propiedades del metal que soldamos.

Fig. 2: Llama neutra.Llama oxidanteSe origina cuando la proporción de oxígeno es más elevada que lade acetileno, disminuyendo el tamaño del dardo. Se utiliza en la sol-dadura de latón con gran proporción de zinc y aleaciones de bronce.

Fig. 3: Llama oxidante.Llama reductoraSe produce cuando la proporción de acetileno es mayor que la deoxígeno, presentando el dardo una prolongación en su extremode brillo intenso. Es utilizada para fundiciones de aceros y alumi-nios, y aceros especiales.

Fig. 4: Llama reductora.


Constituye, desde su aparición a principio de los años cuarenta, elsistema de aporte de calor más utilizado por su comodidad y fia-bilidad. Ha generado una gran variedad de procedimientos dife-rentes de soldadura, pero todos basados en el principio quevamos a desarrollar.Antes de introducirnos en el estudio del arco eléctrico, recordare-mos algunos aspectos importantes relacionados con el campo dela electricidad.En un circuito eléctrico debe haber un elemento que nos suminis-tre la energía o tensión que hace que la electricidad fluya. Estatensión es medida en voltios (V).


ACTIVIDAD 2Elige la respuesta correcta.1. La mayor temperatura de la llama se localiza en:

a. El extremo más alejado del soplete.b. La llama oxidante.c. En la punta del dardo.

2. La temperatura alcanzada en una llama oxiacetilénica es de:a. 2.400 ºC.b. 3.200 ºC.c. 2.700 ºC.

3. La llama más empleada en la soldadura de aceros, bronces, latones y aluminios es:a. Neutra.b. Oxidante.c. Reductora.

El arco eléctrico

La electricidad fluye en el circuito en forma de paso de electro-nes* a través del hilo conductor. A la cantidad de electrones quepasan por un punto de este conductor en la unidad de tiempo sele llama intensidad o corriente eléctrica (I) y a su unidad demedida amperio (A).Otro concepto básico para completar nuestro recordatorio loconstituye el factor resistencia, siendo su unidad de medida elohmio, que es la oposición que presenta un conductor al paso delos electrones. Por lo tanto un conductor con resistencia baja per-mite el flujo libre de electrones, mientras uno con resistencia altase opone a esta circulación.En el año 1826 George OOhhmm relacionó los conceptos que acaba-mos de ver, y que actualmente perduran como la ley que lleva sunombre. Esta ley se aplica de la siguiente manera:

Cuando iniciamos un proceso de soldeo por el método eléctricodebemos, en primer lugar, poner en contacto un electrodo* conun material o metal base*. De esta manera conseguimos unaresistencia muy baja entre ambas partes, y al ser constante la ten-sión damos lugar a una gran avalancha de electrones. Estos elec-trones, provenientes de la fuente de energía, chocan violenta-mente con los átomos de los metales en contacto, provocando sucalentamiento hasta llegar a la temperatura de fusión del material.En este momento ya podemos separar ligeramente el electrododel metal base, manteniéndose el paso de electrones a través deeste espacio vacío mediante el arco eléctrico. Este paso de elec-trones provoca la elevada temperatura, y por tanto la transferen-cia de metal fundido.

Fig. 5Proceso de soldeo por elmétodo eléctrico.


La corriente eléctrica en un conductor es mayor cuantomenor es la resistencia de este conductor, y mayor sea latensión.

Hay que tener en cuenta que el arco eléctrico, por su naturaleza,genera rayos con influencia negativa sobre nuestro organismo,tales como: luminosos, infrarrojos o ultravioleta. Estos rayos pue-den provocar quemaduras en piel y ojos, por lo que se haceimprescindible disponer de la protección adecuada.


ACTIVIDAD 3Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:1. El arco eléctrico constituye un fenómeno básico en multi-tud de métodos de soldadura.2. La electricidad fluye por el circuito a través del hilo con-ductor, en forma de resistencia eléctrica.

V Fo o o o

ACTIVIDAD 4Elige la opción correcta:1. La elevada temperatura del arco eléctrico es consecuencia del:

a. Tipo de metal.b. Paso de electrones.c. Electrodo.

2. En el arco eléctrico, el paso de electrones se efectúa a través del:a. Rayo ultravioleta.b. Hilo conductor.c. Espacio entre electrodo y metal base.

Aparte de la combustión de gases o del calor generado por unarco eléctrico, existen otras formas de aportar el calor necesariopara fundir los metales y conseguir la soldadura. Éstos son losmás conocidos:Soldadura por resistencia de puntosProducida por el calor generado ante el paso de una corrienteeléctrica de alta intensidad, en muy poco espacio de tiempo, a lavez que se ejerce sobre las piezas un esfuerzo de compresión.

Fig. 6: Soldadura por resistencia de puntos.Las chapas que se van a unir se superponen, y, sobre ellas, irándos electrodos por los que circulará la corriente eléctrica. Estepaso de electrones provocará una inmediata subida de la tempe-ratura, llegando a la fusión de ambas partes. Si sumamos unapriete en sentido opuesto al de los electrodos, el resultado esuna soldadura puntual.Esta soldadura es de fácil robotización, y actualmente muy utili-zada en la industria de automoción para unir los elementos queforman la carrocería de los automóviles, entre otras utilidades.


Otros métodos de aporte de calor

Soldadura aluminotérmicaConsistente en hacer reaccionar óxido de hierro con polvos dealuminio. El aporte calorífico que proporciona un compuesto lla-mado peróxido de bario al entrar en contacto con los polvos dealuminio genera una reacción que alcanza la temperatura de3.000 ºC. De esta manera el óxido de hierro se transforma en hie-rro y el aluminio en escorias que se retiran tras la unión.

Fig. 7: Soldadura aluminotérmica.Este tipo de soldadura es muy empleada en la unión de carriles deferrocarril. Para su realización es necesario acoplar un útil de con-tención de la mezcla aluminotérmica. La reacción química queproduce la soldadura tiene lugar en unos 20 segundos, y propor-ciona una unión de gran calidad.


Soldadura por fricciónEste método utiliza el calor generado por el roce de los metales.Consiste en hacer rozar las partes a unir hasta alcanzar la tempe-ratura de fusión. En ese momento se aplica una presión sobre laspiezas llegando a producirse la unión.Es utilizado en piezas de revolución, consiguiéndose el roce y, porlo tanto, la elevación de temperatura, al hacerlas girar a granvelocidad.

Fig. 8: Soldadura por fricción.Si consideras que has terminado el estudio de esta unidad, con-testa a las siguientes cuestiones de autoevaluación.



Cuestiones de autoevaluación1 El procedimiento de soldadura que permite la unión de metales gracias alaporte de calor que produce la combustión de gases, se denomina:

Soldadura eléctrica.Soldadura oxigás.Soldadura aluminotérmica.

ooo

2 La combustión de gasen el soplete se rea-liza previa mezcla delos gases que inter-vienen en esta com-bustión. En funciónde la proporción dela mezcla, ¿qué tiposde llamas existen?

3 Explica en brevespalabras el efectopor el que seconsigue alcanzar latemperatura defusión de un metalen el procedimiento"arco eléctrico".

4 ¿Qué irradia de unaforma perjudicialpara nuestro orga-nismo el arco eléc-trico?


Respuestas a las actividades

1. a.2. b.3. c.4. a.

ACTIVIDAD 1R1. c.2. b.3. a.ACTIVIDAD 2R1. Verdadero.2. Falso.ACTIVIDAD 3R1. b.2. c.ACTIVIDAD 4R

Soldadura oxigás.� Llama neutra.� Llama oxidante.� Llama reductora.Tu respuesta debe de estar centrada en los siguientes términos:Al poner en contacto electrodo y metal base, la resistencia en estepunto del circuito es prácticamente nula, lo que permite un consi-derable aumento de paso de corriente eléctrica y, por consi-guiente, de electrones. El choque violento de éstos con los meta-les origina el aumento de temperatura.Al separar el electrodo originamos el arco eléctrico, que mantieneel paso de electrones a través del espacio creado, y, por lo tanto,la transferencia de metal fundido a consecuencia de la elevadatemperatura.El arco eléctrico origina los siguientes rayos que nos pueden serperjudiciales:� Rayos luminosos.� Rayos infrarrojos.� Rayos ultravioleta.


Respuestas a las cuestiones de autoevaluación 123

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A lo largo de la unidad hemos desarrollado los métodos más utili-zados de aporte de calor para realizar soldaduras, tanto de meta-les como de aleaciones. Los hemos clasificado en tres grupos, queson: combustión de gases, arco eléctrico, y otros métodos.Este sistema obtiene su calor de la combustión de los gases. Eneste caso los gases empleados son el acetileno o propano comocombustibles y el oxígeno como comburente. La mezcla se rea-liza en un instrumento llamado soplete, que tiene la capacidad depoder regular el porcentaje de mezcla de los gases. En función deeste porcentaje se pueden obtener tres tipos de llamas:

� Neutra: donde el porcentaje es equilibrado.� Oxidante: el oxígeno entra en mayor proporción.� Reductora: existe una mayor proporción de combustible.

Es un método muy extendido. Se basa en la energía caloríficagenerada al hacer pasar una elevada cantidad de corriente eléc-trica y, por tanto. de electrones, al poner en contacto el metalbase y el electrodo. Una vez obtenida la temperatura necesaria, seseparan ligeramente y aparece el arco eléctrico. Este arco eléctriconos permite realizar la transferencia de metal desde el electrodoal metal base, gracias a que a través del espacio originado sesigue manteniendo el paso de electrones y, por lo tanto, una tem-peratura muy elevada.Hemos comentado superficialmente otros métodos de aporte decalor, tales como:Soldadura por puntos: empleada en planchas superpuestas,donde la corriente eléctrica atraviesa éstas gracias a dos electro-dos enfrentados que las someten a presión.Soldadura aluminotérmica: basada en la energía calorífica quese desprende en la reacción de un compuesto químico, llamadoperóxido de bario, al mezclarse con polvos de aluminio. Esta reac-ción hace que el óxido de hierro se convierta en hierro fundido.Soldadura por fricción: emplea el calor desprendido en el rocede metales cuando éstos giran a altas velocidades.

Métodos de aporte decalor para soldaduraCombustión de gases

Tipos de llamas

Arco eléctrico

Otros métodos deaporte de calor

Resumen de Unidad


Notas

VocabularioComburente: elemento que combinado con otro provoca la combustión de este último.Combustible: elemento que puede arder en contacto con el aire, el oxígeno o una mez-cla gaseosa que lo contenga, produciendo una cantidad de calor utilizable.Destilación: procedimiento por el que se separan los elementos que componen una mezcla.Electrodo: pieza conductora de la corriente eléctrica gracias a la cual se realiza el arcoeléctrico.Electrones: partículas fundamentales que forman parte del átomo y llevan la unidad naturalde carga eléctrica.Metal base: en soldadura, pieza metálica sobre la que se realiza la unión soldada.Proceso electrolítico: procedimiento por el que se descomponen los elementos constitu-tivos de una mezcla a partir de una corriente eléctrica.

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