soldadura en estado solido
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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA
UNIVERSIDA NACIONAL EXPERIMENTAL
POLITEacuteCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL
NUacuteCLEO SUCRE
PROCESOS COMUNES DE
SOLDADURA
Presentado por
Bou Carlos Mago Francis Nuacutentildeez Jesuacutes
Profesor
Ing Manuel Garciacutea
Cumana 06 de Junio del 2012
INTRODUCCIOacuteN
La unioacuten difiere de los procesos previamente discutidos en que toma las piezas
producidas por medio de otros procesos unitarios y las articula en una pieza maacutes compleja
por lo tanto tambieacuten se podriacutea considerar como un meacutetodo de ensamble El producto puede
reemplazar a una pieza que habriacutea sido fabricada a traveacutes de otras teacutecnicas (por ejemplo el
bastidor fundido de una maacutequina herramienta es reemplazado por uno soldado) o ser de una
clase que se produce soacutelo mediante procesos de unioacuten (por ejemplo una carroceriacutea integral
o un radiador automotrices o un cuadro de bicicleta) Aunque la mayoriacutea de los meacutetodos de
unioacuten se practican en metales tambieacuten se pueden unir ceraacutemicos y poliacutemeros por medio de
teacutecnicas similares
Algunas uniones son puramente mecaacutenicas dentro de esta categoriacutea los
dispositivos que establecen uniones semipermanentes (como tornillos y pernos) son
adecuadamente considerados como medios de ensamble Nuestro anaacutelisis se enfoca en los
procesos unitarios de ahiacute que nos concentremos en los meacutetodos para establecer uniones
permanentes Tenemos mucho en que basamos Los meacutetodos de unioacuten mecaacutenica se derivan
de los procesos de trabajo de metal las teacutecnicas de estado soacutelido se basan en la adhesioacuten y
en la deformacioacuten las soldaduras de fusioacuten estaacuten relacionadas con los procesos de
fundicioacuten y los procesos liacutequidossoacutelidos recurren a las tecnologiacuteas de solidificacioacuten
adhesioacuten y de poliacutemeros Sin embargo existen diferencias sustanciales en la forma en que
se llevan a cabo estos procesos y tales diferencias seraacuten el centro de nuestra atencioacuten
Donde sean aplicables los procesos se identificaraacuten por los nombres y abreviaciones dadas
por la American Welding Society
Los procesos de unioacuten a menudo exigen una habilidad considerable Los humos
dantildeinos los altos voltajes eleacutectricos y las altas temperaturas requieren proteccioacuten del
operador Por estas razones y tambieacuten para mayor productividad los esfuerzos tienen
como objetivo minimizar la participacioacuten del operador y se indicaraacuten las oportunidades
para la mecanizacioacuten (control de la maquinaria por lazo abierto) y automatizacioacuten real
(control de lazo cerrado sin o con inteligencia artificial)
SOLDADURAS HETEROGENEAS O DE ALEACION
Se efectuacutea entre materiales de distinta naturaleza con o sin metal de aportacioacuten o
entre metales iguales pero con distinto metal de aportacioacuten Puede ser blanda o fuerte
SOLDADURA FUERTE
En general los metales de aporte de punto de fusioacuten maacutes alto proporcionan mayor
resistencia pero la temperatura elevada de soldado puede afectar la resistencia del metal
base Al soldar acero con cobre la separacioacuten es cero o incluso negativo con otros
materiales la soldadura procede con una separacioacuten que es comuacutenmente pequentildea y
positiva Con aleaciones de aluminio o magnesio el punto de fusioacuten del metal de aporte es
cercano al del metal base de ahiacute que no se utilice el calentamiento por induccioacuten Pequentildeas
adiciones de Mg a las aleaciones de aluminio son beneacuteficas ya que el Mg actuacutea como un
reductor (captura el oxiacutegeno) y modifica la peliacutecula de oacutexido A menudo el material de
aporte se aplica como un revestimiento de 5 a 10 del espesor a uno o ambos lados de una
laacutemina (una aleacioacuten de Al-Si para aluminio Cu para acero y acero inoxidable) El carbono
superficial evitariacutea la humectacioacuten de los hierros fundidos y se debe eliminar mediante un
tratamiento electroliacutetico o por un bantildeo de las piezas en sal fundida
Las temperaturas mayores aceleran la oxidacioacuten por lo tanto los fundentes tienen
que ser maacutes agresivos Eacutestos se componen de boratos fluoruros cloruros y materiales
similares en varias proporciones Hechos a la medida para aplicaciones especiacuteficas
aseguran uniones perfectamente humectadas En la soldadura al vaciacuteo la presioacuten en el
horno se reduce para evitar la oxidacioacuten y en algunos casos no se necesita fundente
Hornos especialmente construidos permiten el desengrasado por vaporizacioacuten previo a la
iniciacioacuten del proceso de soldadura al vaciacuteo
La soldadura por inmersioacuten deriva el calor de la inmersioacuten del ensamble en sal
fundida La rapidez de calentamiento es alta y la sal puede realizar la funcioacuten fundente La
soldadura fuerte amplia difiere de la soldadura fuerte normal en que una separacioacuten mucho
maacutes ancha se rellena con el metal de aporte (principalmente latoacuten) con la ayuda de un
soplete y asiacute la accioacuten capilar no tiene ninguna funcioacuten Ademaacutes del ensamble tambieacuten se
usa para reparaciones de fundiciones de acero e hierro La soldadura fuerte por difusioacuten
difiere de la soldadura por difusioacuten en que una capa liacutequida se forma mientras ocurre la
difusioacuten
El enfriamiento controlado de los ensambles soldados con soldadura fuerte es
necesario para asegurar la raacutepida solidificacioacuten pero sin causar la distorsioacuten del ensamble o
el agrietamiento de la unioacuten
SOLDADURA BLANDA
Las uniones realizadas con soldadura blanda son de menor resistencia que las
hechas con soldadura fuerte pero las piezas se pueden unir sin exponerlas a calor excesivo
La temperatura menor hace una buena humectacioacuten maacutes criacutetica que en la soldadura fuerte
Por lo tanto la preparacioacuten superficial por medios mecaacutenicos y quiacutemicos y el uso de
fundentes son esenciales
El metal de aporte (soldadura) se elige en referencia a los diagramas relevantes de
fase La solubilidad soacutelida es un signo de buena humectacioacuten aunque la presencia de
peliacuteculas superficiales modifica en gran medida el comportamiento Una superficie que
aparenta estar recubierta uniformemente por la soldadura auacuten se puede deshumectar al
recalentar Asiacute la soldabilidad es una propiedad tecnoloacutegica que soacutelo se puede determinar
experimentalmente Los metales preciosos y el cobre se sueldan faacutecilmente el hierro y el
niacutequel requieren fundentes maacutes agresivos los oacutexidos tenaces de aluminio y cromo
dificultan la soldadura de las aleaciones de aluminio y de los aceros al alto cromo El hierro
fundido el titanio el magnesio y los ceraacutemicos (incluyendo el grafito) requieren
prechapado
SOLDADURAS HOMOGENEAS O AUTOGENAS
Los materiales que se sueldan y el metal de aportacioacuten si lo hay son de la misma
naturaleza Puede ser oxiacetileacutenica eleacutectrica (por arco voltaico o por resistencia) etc Si
no hay metal de aportacioacuten las soldaduras homogeacuteneas se denominan autoacutegenas
Por soldadura autoacutegena se entiende aqueacutella que se realiza sin metal de aportacioacuten
de manera que se unen cuerpos de igual naturaleza por medio de la fusioacuten de los mismos
asiacute al enfriarse forman un todo uacutenico
SOLDADURA EN ESTADO SOLIDO (SOLDADURA POR PRESION)
Aunque en teoriacutea no se requiere presioacuten para unir superficies perfectamente
acopladas y limpias en la praacutectica es necesaria una presioacuten normal para asegurar la
adaptacioacuten de las superficies en contacto y para romper las peliacuteculas superficiales
El calor no es una parte esencial del proceso baacutesico de unioacuten pero el ablandamiento
de los materiales promueve el contacto iacutentimo y la difusioacuten de aacutetomos ayuda a lograrla Sin
embargo la difusioacuten es inaceptable cuando dos metales disiacutemiles forman compuestos
intermetaacutelicos que vuelven fraacutegil a la unioacuten
En principio se pueden unir dos materiales cualesquiera y en efecto la unioacuten de
estado soacutelido a menudo se aplica cuando otras teacutecnicas fallan No obstante las mejores
uniones se obtienen entre metales cuando existe registro atoacutemico (es decir los aacutetomos de
dos componentes estaacuten similarmente espaciados y cristalizan en la misma estructura de
red) Esto significa que los metales se unen mejor con ellos mismos y con otros con los que
forman soluciones soacutelidas
Dentro de este tipo de soldaduras estaacuten
Soldadura en friacuteo (CW)
El teacutermino soldadura enfriacuteo (CW) se usa ampliamente para describir el
procesamiento a temperatura ambiente
1 La soldadura de traslapo se basa en una expansioacuten de 50 a 90 de las superficies
cuando se introducen penetradores en la laacutemina que se va a unir (Fig 18-4a) Los hombros
en los penetradores limitan la distorsioacuten y promueven la soldadura
2 La soldadura a tope de alambres establece la unioacuten recalcando los extremos del alambre
para causar expansioacuten de la superficie (Fig 18-4b) La soldadura se refuerza auacuten maacutes
cuando se da un giro
3 La unioacuten con rodillos o soldadura con rodillos (ROW) (Fig 18-4c) es altamente efectiva
porque las grandes reducciones (de 50 a 80 en una sola pasada) resultan en gran
extensioacuten y rompimiento de las peliacuteculas superficiales La unioacuten se puede evitar localmente
depositando un agente de separacioacuten (aislamiento) como grafito o un ceraacutemico en un
patroacuten predeterminado Luego la inflacioacuten por aire o fluido presurizado produce piezas
como las placas del evaporador del refrigerador (Fig 18-4d)
4 En la soldadura por explosioacuten (EXW) la unioacuten se establece a traveacutes de la deformacioacuten
intensa de la interfase Una esterilla explosiva se coloca encima de la laacutemina o placa de
revestimiento (la placa moacutevil) mantenida a una distancia criacutetica de la superficie del
material base (Fig 18-5a) Cuando el explosivo es detonado desde un extremo la presioacuten
desarrollada acelera la placa moacutevil en un aacutengulo respecto a la superficie Bajo la intensa
presioacuten se forma un chorro fluido que expulsa los contaminantes superficiales el flujo
turbulento resulta en la formacioacuten de remolinos agudos o voacutertices en la interfase (Fig 18-
5b) En muchos casos no hay fusioacuten pero la combinacioacuten de la adhesioacuten y del entrelazado
mecaacutenico asegura una unioacuten fuerte La teacutecnica se utiliza para revestir placas grandes para la
industria quiacutemica y tambieacuten para la expansioacuten in situ de tubos para formar los cabezales de
calderas y condensadores tubulares
5 En la soldadura ultrasoacutenica (USW) se induce un movimiento relativo de la interfase
mediante vibracioacuten tangencial (Fig l8-5e) No hay deformacioacuten extensa y el proceso es
adecuado para la soldadura de traslapo de hojas y de instrumentos delicados y componentes
electroacutenicos Cuando la punta de soldadura es reemplazada por un rodillo se pueden
producir soldaduras de costura
Soldadura por difusioacuten
La soldadura por difusioacuten (DFW) no es nueva por siglos los joyeros han rellenado
oro colocando hojas de recubrimiento sobre un nuacutecleo de plata o de cobre y comprimiendo
el laminado con una pesa (Fig 18-6a) Al mantenerlo en un horno por un tiempo
prolongado se obtiene una unioacuten permanente La presioacuten requerida tambieacuten se puede
generar en una prensa o restringiendo el ensamble con un aditamento hecho de un material
de menor dilatacioacuten (frecuentemente molibdeno) Tambieacuten se usa el teacutermino soldadura en
caliente por presioacuten (HPW)
En la deacutecada de los 70 la teacutecnica se extendioacute a la construccioacuten de fuselajes La
deformacioacuten simultaacutenea ayuda en gran medida al desarrollo de una unioacuten soacutelida por lo
tanto la soldadura por difusioacuten combinada con el formado super plaacutestico (Fig 18-6d) ha
demostrado ser muy exitosa Usando dos tres o cuatro laacuteminas se imprimen patrones con
un aislamiento de nitruro de boro El ensamble se coloca en una caja evacuada (retorta)
mantenida en una prensa y se forman superficies integrales mientras son sopladas las
cavidades
Como el titanio disuelve sus oacutexidos Y las aleaciones como Ti6AI-4V tienen el
pequentildeo tamantildeo de grano necesario para el formado superplaacutestico aun sin procesamiento
especial las aleaciones de titanio son naturales para la teacutecnica Es factible la consolidacioacuten
de piezas a gran escala Por ejemplo en las aeronaves de alto rendimiento como los
aeroplanos caza supersoacutenicos el fuselaje se construye de un revestimiento delgado
reforzado con nervaduras de complejidad considerable
Convencionalmente las piezas de laacutemina metaacutelica las extrusiones y las placas con
cavidades fresadas se unen con miles de remaches La unioacuten por difusioacuten con formado
superplaacutestico reduce el nuacutemero de piezas la mano de obra el tiempo de entrega y el costo
Al aplicar las teacutecnicas a las aleaciones de aluminio la deformacioacuten es vital para romper el
oacutexido estable y fraacutegil
La soldadura por difusioacuten tambieacuten se aplica a la manufactura de compuestos de
matriz metaacutelica (por ejemplo titanio o aluminio reforzado con fibra de boro) Cuando la
unioacuten no ocurra debido a la falta de solubilidad o resulte en la formacioacuten de un compuesto
intermetaacutelico fraacutegil se pueden usar capas intercaladas que sean mutuamente solubles en
forma de hojas o laacuteminas delgadas Por ejemplo las superaleaciones se unen despueacutes de
electrochapar con una aleacioacuten de Ni-Co
Soldadura en caliente
En teacuterminos generales el concepto soldadura en caliente describe la soldadura por
deformacioacuten en el rango de temperatura de trabajo en caliente
1 La soldadura forjada (FOW ) se refiere al proceso de soldadura industrial maacutes
antiguo El enlace se crea por medio de la deformacioacuten local sustancial de la unioacuten Las
piezas de trabajo calientes y preformadas usualmente de hierro o acero se forjan juntas
para expulsar los oacutexidos la escoria y los contaminantes y para asegurar el enlace
interatoacutemico (Fig 18-7a) La teacutecnica se empleaba no soacutelo para unir (por ejemplo forjado
de eslabones de cadena) sino tambieacuten para la soldadura de tubos y para formar capa por
capa espadas medievales e incluso objetos muy grandes como anclas Es posible la
soldadura forjada en que los extremos de las piezas de trabajo se prensan juntos axialmente
(soldadura a tope) pero la calidad de la junta tiende a ser pobre
2 En las variantes maacutes recientes del proceso el calor es proporcionado a traveacutes del
calentamiento por induccioacuten para minimizar la oxidacioacuten (Hg 18-7b) Mucho menos
deformacioacuten es suficiente por lo tanto es practicable la soldadura a tope de las piezas de
trabajo
3 El calor tambieacuten se puede generar pasando una corriente a traveacutes de las caras
comprimidas (Fig 18-7c) Actualmente la soldadura eleacutectrica a tope se ha reemplazado en
gran medida por la soldadura a tope por chispas
4 La unioacuten en caliente por rodillos (soldadura laminada ROW la versioacuten a alta
temperatura de la Fig 18-4c) se utiliza ampliamente para crear materiales compuestos de
bajo costo o alto rendimiento Asiacute el Alelad combina la resistencia a la corrosioacuten de un
revestimiento de aluminio puro con la alta resistencia de un nuacutecleo de aluminio endurecido
por precipitacioacuten Se emplea acero inoxidable para revestir acero dulce para proteccioacuten
contra la corrosioacuten y las aleaciones de diferente coeficiente de dilatacioacuten teacutermica se unen
para crear cintas bimetaacutelicas para termostatos El laminado que consiste de una placa base
y de laacuteminas de cubierta es encerrado y evacuado si se debe evitar la oxidacioacuten
Soldadura por friccioacuten (FRW)
El trabajo de friccioacuten generado cuando dos cuerpos se deslizan uno sobre otro se
transforma en calor cuando la rapidez del deslizamiento es alta y el calor es contenido en
una zona angosta ocurre la soldadura
En la FRW de accionamiento continuo (Hg 18-8a) una pieza se sujeta firmemente
mientras la otra (usualmente de simetriacutea axial) es girada bajo la aplicacioacuten simultaacutenea de
presioacuten axial La temperatura se incrementa las zonas soldadas parcialmente formadas se
cortan las peliacuteculas superficiales se rompen repentinamente la rotacioacuten se detiene y una
fuerza adicional de recalcado es aplicada cuando toda la superficie se suelda Algo del
material suavizado es expulsado corno rebaba pero no estaacute completamente claro si en
realidad ocurre la fusioacuten La zona calentada es muy delgada asiacute que losmiddot metales disiacutemiles
se unen faacutecilmente En la FRW de accionamiento por inercia la rotacioacuten es impartida por
un volante de inercia cuya energiacutea se calcula de manera que la soldadura sea completada
cuando la rotacioacuten se detiene
SOLDADURA POR FUSIOacuteN
En la gran mayoriacutea de las aplicaciones el enlace interatoacutemico se establece por
fusioacuten Cuando los materiales de la pieza de trabajo (metal base) y el metal de aporte (si es
que se usa) tienen composiciones y puntos de fusioacuten similares pero no necesariamente
ideacutenticos al proceso se le denomina soldadura por fusioacuten o simplemente soldadura
La soldadura estaacute muy relacionada con los procesos de fundicioacuten Se suministra
calor para fundir el metal base y el de aporte La fusioacuten es contenida fiacutesicamente en la zona
de fusioacuten donde por medio de su contacto con el metal base circundante de alta
conductividad teacutermica se enfriacutea raacutepidamente (tiacutepicamente a decenas de cientos de grados
por segundo) De esta manera la rapidez de enfriamiento estaacute entre la que predomina en la
fundicioacuten en molde permanente y en la atomizacioacuten el control adecuado requiere una
familiaridad completa con la metalurgia de no equilibrio
SOLDADURA POR RESISTENCIA
La soldadura por resistencia representa de alguna forma una transicioacuten de la
soldadura en estado soacutelido a soldadura por fusioacuten Las dos piezas por unirse se prensan en
conjunto y se pasa una corriente alterna por la zona de contacto Si se aplica la presioacuten
correcta esta zona presentaraacute la mayor resistencia en el circuito eleacutectrico y alliacute se
concentraraacuten las peacuterdidas de potencia La energiacutea se convierte en calor La corriente se deja
activa hasta que ocurre la fusioacuten en la interfase entre las dos piezas y la presioacuten se
mantiene hasta que la soldadura solidifica De acuerdo con la ley de Joule el calor
generado (en joules) es
donde 1 es la corriente (A) R la resistencia (n) y t la duracioacuten de la aplicacioacuten de la
corriente en segundos El voltaje puede ser bajo tiacutepicamente de 05 a 10 V pero las
corrientes pueden ser muy altas (como ejemplos veacutease la Fig 18-15)
Como el calor se debe concentrar en la zona de soldadura la resistencia fuera de ella
debe ser baja especialmente en los puntos donde la corriente es suministrada a las piezas de
trabajo por medio de electrodos Los materiales de alta conductividad teacutermica y alto calor
especiacutefico (como el aluminio o el cobre) exigen corrientes muy elevadas para evitar la
disipacioacuten del calor
La limpieza de la superficie es importante pero no tan vital como en las uniones de
estado soacutelido pues los contaminantes son expulsados de la fusioacuten No obstante las
escamas las peliacuteculas gruesas de aceite y la pintura deben ser eliminados aunque una
preparacioacuten de la superficie relativamente sencilla es adecuada y tambieacuten es factible soldar
el acero recubierto de zinc El control de la calidad es sumamente importante Las
soldaduras se prueban destructivamente para establecer los paraacutemetros oacuteptimos del proceso
despueacutes la inspeccioacuten incluye teacutecnicas de medicioacuten de la temperatura de la superficie (a
partir de la cual se extrapolan las temperaturas de la zona de soldadura) ultrasoacutenicas y de
emisioacuten acuacutestica Son posibles el control de circuito cerrado y el adaptivo
Soldadura de puntos por resistencia (RSW) Debido a la amplia difusioacuten de la
aplicacioacuten de piezas de laacutemina metaacutelica la soldadura de puntos por resistencia ha adquirido
una posicioacuten prominente desde la sujecioacuten de asas de artiacuteculos de cocina hasta el ensamble
de carroceriacuteas completas de automoacuteviles (hay varios miles de soldaduras de punto por cada
automoacutevil) Dos electrodos normalmente enfriados por agua presionan juntas dos laacuteminas
(Fig 18-15a) Los electrodos estaacuten hechos de materiales de alta conductividad y elevada
resistencia en caliente como el cobre con algunas adiciones de Cd Cr o Be o aleaciones
de cobre-tungsteno o molibdeno Entonces la corriente se aplica durante un nuacutemero
predeterminado de ciclos (en la industria automotriz l O a 30 ciclos para una corriente de
60 Hz) despueacutes de lo cual la interfaz se calienta y en una fraccioacuten de segundo se forma una
zona fundida (pepita de soldadura) La presioacuten se libera soacutelo despueacutes que l a corriente ha
sido desconectada y que la pepita ha solidificado La superficie de la laacutemina presenta una
ligera depresioacuten y decoloracioacuten Los electrodos pueden incorporarse en una maacutequina fija o
en una pistola portaacutetil de soldador Se emplean electrodos muacuteltiples (algunas veces cientos)
para la soldadura de ensambles grandes con grupos de electrodos puestos en contacto en
una secuencia programada Una serie de soldaduras puede realizarse con precisioacuten y en una
raacutepida sucesioacuten mediante robots soldadores La calidad de la soldadura se asegura con
mediciones durante el proceso basadas por ejemplo en el cambio de la resistencia
mientras se forma la pepita o en la emisioacuten acuacutestica que ocurre durante la expulsioacuten de
metal
Soldadura por proyeccioacuten (RPW) La extensioacuten de la zona soldada se controla
mejor y se realizan varias soldaduras simultaacuteneamente con soacutelo un electrodo cuando
pequentildeos se estampan o acuntildean hoyuelos o proyecciones en una de las laacuteminas Cuando
se aplica la corriente las proyecciones se suavizan y se empujan de regreso a su lugar con
la presioacuten del electrodo a medida que se forma la pepita de soldadura (Fig 18- 1 5b) Las
proyecciones forjadas o maquinadas en cuerpos soacutelidos permiten soldarlos a una laacutemina o a
otro cuerpo soacutelido Una forma de la soldadura por proyeccioacuten se practica cuando se sueldan
por resistencia mallas formadas con alambres cruzados
Soldadura de costura por resistencia (RSEW) Una serie de soldaduras de punto
se hace mucho maacutes raacutepido a lo largo de una liacutenea si los electrodos tienen forma de rodillos
(Fig 18-15c) La corriente se enciende y se apaga en una sucesioacuten planeada
proporcionando espaciamiento uniforme de los puntos Cuando una corriente alterua
permanece activa se realiza la soldadura de un punto cada vez que la corriente alcanza su
valor pico y las soldaduras se espacian suficientemente cerca para producir una unioacuten
hermeacutetica a gas y liacutequido La soldadura de costura por resistencia es uno de los meacutetodos
para producir el cuerpo de una lata y se usa para la manufactura secciones de vigas y de
cajas En la soldadura de costura aplastada (Fig 18-1 5d) el traslape soacutelo es 1 0 2 veces el
espesor de la laacutemina y los rodillos soldadores aplican suficiente presioacuten para reducir la
costura cerca de 10 sobre los espesores de la laacutemina base Eacuteste es uno de los procesos que
se emplean para fabricar blancos a la medida
Soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) Una aplicacioacuten importante
de la soldadura por resistencia es en la manufactura de tubos tuberiacuteas miembros
estructurales y rines de ruedas Los tubos se forman con rodillo Y entonces la costura
longitudinal se realiza mediante soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) en la
que la corriente eleacutectrica se aplica por medio de electrodos deslizantes o rodantes (Fig 18-
16a) En la soldadura por induccioacuten de alta frecuencia (HF1W por sus siglas en ingleacutes) el
tubo es rodeado por una bobina de induccioacuten y la frecuencia de operacioacuten se eliacutege para
obtener la penetracioacuten oacuteptima las frecuencias mayores penetran a una profundidad menor
En ambas HFRW y FF1W existe una zona fundida y localizada formada que luego se
expulsa inmediatamente a traveacutes de compresioacuten Usualmente se recorta el exceso de metal
Soldadura por chispas y recalcado La soldadura por recalcado en general
significa la unioacuten de dos cuerpos al prensarlos juntos con una fuerza suficiente para causar
deformacioacuten En el sentido maacutes particular el teacutermino se aplica a la soldadura por
resistencia en la que igual que en la soldadura de puntos la presioacuten es aplicada antes de
activar la corriente En la actualidad estaacute mucho maacutes difundida la soldadura a tope por
chispas o soldadura por chispas (FW) en que la corriente se aplica durante la aproximacioacuten
de las dos partes de esta manera ocurre un calentamiento extremadamente raacutepido cuando
hacen contacto primero las irregularidades superficiales El metal fundido se expulsa
violentamente y se quema en el aire produciendo alguacuten arqueo de ahiacute el nombre de
chispas Se puede quemar una longitud sustancialpara asegurar una buena soldadura pero
todo el metal liacutequido es expulsado y la soldadurase forma recalcando las superficies
calientes soacutelidas de metal (Fig 1 8- 1 6b) (soldadura por recalcado UW) Asiacute la resistencia
de la unioacuten no es afectada por la presencia de residuos de metal de soldadura fundido Por
lo tanto el proceso se considera como una transicioacuten entre los procesos de fase liacutequida y los
de fase soacutelida Se produciraacute una buena soldadura soacutelo si la rapidez de aproximacioacuten la
corriente y el voltaje el viaje total y la presioacuten de recalcado son controlados
cuidadosamente Actualmente el control manual es reemplazado por el control adaptivo
automaacutetico El desplazamiento de metal crea una rebaba que debe eliminarse Las caras
extremas que se van a unir a menudo se achaflanan de manera que la fusioacuten se mueva
desde el centro hacia fuera para expulsar los contaminantes en la rebaba El
precalentamiento es posible al activar la corriente despueacutes que las caras fueron prensadas
juntas pero luego eacutestas se separan ligeramente para inducir chispas Para el calentamiento
uniforme ambas partes deben tener aacutereas iguales de seccioacuten transversal aunque su
composicioacuten puede ser diferente por ejemplo en la unioacuten de un vaacutestago de acero al bajo
carbono con una broca de una herramienta de HSS Las barras y secciones dobladas en
forma de anillos los tubos y las estructuras de laacutemina con frecuencia se sueldan extremo
con extremo este meacutetodo se usa ampliamente para unir las puntas de alambre y rollos de
laacutemina para permitir la operacioacuten continua de las liacuteneas de procesamiento
SOLDADURA CON ARCO ELEacuteCT RICO
La soldadura con arco eleacutectrico difiere de la soldadura por resistencia eleacutectrica en
que un arco sostenido genera el calor para fundir el material de la pieza de trabajo (y si se
utiliza la varilla de aporte) Los eventos se muestran mejor en el ejemplo de la soldadura
con arco de tungsteno y gas (GTAW)
Cuando el electrodo de tungsteno se conecta a la terminal negativa de una fuente de
poder (en modo de polaridad directa o de corriente directa de electrodo negativoDCEN) se
convierte en el caacutetodo la pieza de trabajo conectada a la terminal positivase transforma en
el aacutenodo (Fig 1 8- 1 7a) Un gas inerte protege a ambos electrodos El caacutetodo se calienta
con la corriente de soldado hasta que se alcanza lafuncioacuten de trabajo (la energiacutea necesaria
para desalojar los electrones) del tungsteno La emisioacuten inducida teacutermicamente
(termoioacutenica) crea una carga espacial (una nube de electrones) en la que los electrones
fluyen a la pieza de trabajo (aacutenodo) donde se genera la mayoriacutea del calor (el flujo de
electrones es responsable de 85 de la transferencia caloriacutefica) En el espacio entre la
punta del electrodo y la pieza de trabajo la alta temperatura ioniza un poco del gas los
electrones son desalojados y se forma un plasma conductor de la electricidad (una mezcla
neutra de electrones e iones positivos) La energiacutea de los electrones incidentes calienta la
pieza de trabajo La zona de la soldadura a menudo es profunda y angosta (Fig 1 8- 1 7b)
Cuando la polaridad se invierte con el electrodo conectado a la terminal positiva
(modo de polaridad invertida de o corriente directa de electrodo positivo DCEP) la pieza
de trabaj o se convierte en el caacutetodo La zona de la soldadura es maacutes amplia y menos
profunda (Fig 1 8- 1 7c) por lo tanto este modo de operacioacuten es maacutes adecuado para
material de calibre delgado que se quemariacutea completamente en el modo DCEN
La polaridad inversa tiene un efecto adicional las peliacuteculas de oacutexido en las superficies de
piezas de trabajo de Al y Mg son desalojadas de esta manera la superficie se puede
limpiar ya sea invirtiendo la polaridad brevemente en el modo DCEN o usando una
corriente CA (Fig 1 8- 1 7d)
Soldadura con electrodo no consumible
En estos procesos el electrodo no se funde y el metal de la soldadura es
suministrado por el flujo del metal base (soldadura autoacutegena) o para laacutemina gruesa (gt 3
mm de espesor) por medio de una varilla separada de material de aporte
Soldadura de tungsteno con arco eleacutectrico y gas (GTAW) Como se indicoacute el arco se
mantiene entre la pieza de trabajo y el electrodo de tungsteno protegido por un gas inerte
(de ahiacute el antiguo nombre de soldadura de tungsteno con gas inerte o soldadura TIG Fig I
S - I Sa) La atmoacutesfera protectora es provista por el argoacuten el cual tiene un potencial de
ionizacioacuten menor y por ello precisa menos voltaje (alrededor de 1 0 V) pero proporciona
un arco eleacutectrico menos caliente y una penetracioacuten menos profunda que el helio La
polaridad es DCEN excepto para Al y Mg donde la CA es uacutetil para quitar el oacutexido Para
producir el arco eleacutectrico la emisioacuten de electrones y la ionizacioacuten del gas se inician
retirando el electrodo de la superficie de trabajo de manera controlada o con la ayuda de un
arco iniciador Una corriente de alta frecuencia superpuesta a la corriente alterna o directa
de soldado ayuda a comenzar el arco y tambieacuten lo estabiliza Las operaciones tanto
manuales como automaacuteticas son posibles El proceso exige una habilidad considerable
pero produce soldaduras de muy alta calidad en casi cualquier material en cualquier
posicioacuten de soldado y tambieacuten en calibres delgados (menores de 6 mm) La zona de la
soldadura es visible y no hay chisporroteo de soldadura o formacioacuten de escoria aunque las
partiacuteculas del electrodo pueden entrar a la soIacutedadura si el electrodo se sobrecalienta o toca
el bantildeo de soldadura
Soldadura con arco de plasma (PAW) Si el arco y dentro de eacutel el plasma es
restringido por un orificio la intensidad caloriacutefica se eleva (pig I S- 1 8b) Primero el arco
se produce entre el electrodo y la boquilla aplicando un voltaje de alta frecuencia Luego se
acerca el soplete a la pieza de trabajo (meacutetodo de operacioacuten de arco de plasma transferido)
A densidades bajas de corriente en el modo fusioacuten interna la zona de la soldadura es
similar en forma a la soldadura con arco a altas densidades de corriente el modo de
agujero de cerradura (Pig lS-1 8b) prevalece y el metal resolidifica atraacutes del haz de plasma
moacutevil En la teacutecnica de arco no transferido la boquilla de constriccioacuten es conectada a la
terminal positiva el arco se produce entre el electrodo y la boquilla y calienta la pieza de
trabajo por radiacioacuten Esta teacutecnica tambieacuten se utiliza para el rociacuteo de plasma (recubrimiento
de superficies La PAW es particularmente uacutetil para la soldadura de laacuteminas delgadas El
tamantildeo pequentildeo de la zona requiere control cuidadoso de la trayectoria Se practican las
formas manual y mecaacutenica y el metal de aporte se puede usar si se necesita un suministro
extra de material
La soldadura con arco de carbono (CAW) Fue la precursora de los procesos
actuales de electrodo no consumible El arco es producido entre la pieza de trabajo y un
electrodo de carbono o entre dos electrodos de carbono
Soldadura con electrodo consumible
En este grupo de procesos el electrodo consumible es un metal que se funde para
hacerse parte del cordoacuten de soldadura A menudo su composicioacuten es diferente de la de los
metales base y se pueden encontrar recomendaciones en los trabajos de referencia citados al
final de este capiacutetulo La zona de la soldadura estaacute protegida por un gas o un fundente
Soldadura con arco metaacutelico y gas (GMAW) El electrodo metaacutelico consumible alimentado
por medio de la pistola para soldar estaacute protegido por un gas inerte de ahiacute el viejo
acroacutenimo soldadura MIG (metal-gas inerte) (Fig 18-18c) Es adecuada para la mayoriacutea de
los metales Igual que con la GTAW no se forma escoria y se pueden acumular varias
capas con poca o ninguna limpieza intermedia El argoacuten es un gas adecuado para todos los
materiales algunas veces se prefiere helio --debido a su mayor potencial de ionizacioacuten y
por lo tanto mayor rapidez de generacioacuten de calor- para la soldadura de aluminio y cobre
el Ar con entre 2 y 30 de CO2 o CO2 puro generalmente se emplea para aceros al carbono
tambieacuten se estaacuten introduciendo los gases especiales adaptados para tareas especiacuteficas
Normalmente el electrodo se conecta a la terminal positiva (DCEP o polaridad invertida)
La densidad de corriente es el determinante principal del modo de transferencia de metal
Para una baja corriente de soldado ocurre una transferencia por cortocircuito el electrodo
toca la pieza de trabajo la corriente aumenta la punta del alambre se funde y se transfiere
una gotita El gas protector es elegido para minimizar la salpicadura (C02 para el acero Ar-
He para metales no ferrosos) A mayores intensidades de corriente (y con CO2 casi
siempre) prevalece la transferencia globular las partiacuteculas maacutes grandes que el electrodo
caen por gravedad La gota se debe separar antes que llegue al charco de soldadura y soacutelo
es posible la soldadura horizontal Por encima de una densidad criacutetica de corriente el metal
es transferido en un rociacuteo fino (transferencia por rociacuteo) mediante las fuerzas del arco de ahiacute
que se puedan utilizar todas las posiciones de soldadura Se obtienen soldaduras maacutes
consistentes con el uso de corriente pulsante de soldadura una corriente baja de fondo
mantiene el arco y la transferencia de metal ocurre cuando los impulsos de la corriente
exceden el nivel requerido para la transferencia por rociacuteo El gas de proteccioacuten es Ar o una
mezcla de eacutel En una variante se alimenta alambre en un soplete de plasma (soldadura MIG
de plasma) El electrodo de alambre se suministra en longitudes grandes enrolladas que
permiten soldaduras continuas en cualquier posicioacuten de soldado En la soldadura
semiautomaacutetica el soldador guiacutea la pistola y ajusta los paraacutemetros del proceso en la
soldadura automaacutetica todas las funciones son asumidas por la maacutequina de soldar o robot
La soldadura en el sitio puede ser difiacutecil porque las corrientes de aire soplan el gas protector
lejos de la zona de soldadura
Soldadura con arco metaacutelico protegido (SMAW) De nuevo el arco se produce entre
el alambre o varilla de aporte y las piezas que se van a unir (Fig 1 8- 1 9a) pero ahora la
proteccioacuten es suministrada por un recubrimiento aplicado al exterior del alambre de aporte
(electrodo recubierto) El recubrimiento cumple varias funciones su combustioacuten y
descomposicioacuten con el calor del arco crea una atmoacutesfera protectora la fusioacuten del
recubrimiento proporciona una cubierta de escoria fundida sobre la soldadura el contenido
de Na o K del recubrimiento se ioniza faacutecilmente para estabilizar el arco Tambieacuten se
pueden introducir elementos aleantes desde el recubrimiento La eleccioacuten del electrodo (que
tambieacuten determina la polaridad) es criacutetica para el eacutexito Durante la soldadura el electrodo
se funde a una rapidez de aproximadamente 250 mmmin mientras que el recubrimiento se
funde para formar una escoria que se debe eliminar si se requiere maacutes de una pasada para
acumular el espesor completo de la soldadura Corno el recubrimiento es fraacutegil se usan
varillas rectas tiacutepicamente de 450 mm de longitud haciendo a este proceso adecuado soacutelo
para la operacioacuten manual con una rapidez relativamente lenta pero auacuten a bajo costo El
proceso es versaacutetil y adecuado para la aplicacioacuten en campo aunque precisa de una
habilidad considerable1048801 Es posible el soldado en todas las posiciones incluyendo el
realizado por arriba de la cabeza si el metal y la escoria solidifican suficientemente raacutepido
Soldadura de arco con nuacutecleo fundente (FCAW) Baacutesicamente se obtiene el mismo
resultado pero una penetracioacuten maacutes profunda con el fundente dentro de un tubo El alambre
para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automaacutetica continua Algunas
veces se proporciona una proteccioacuten adicional con un gas entonces el proceso se parece a
la soldadura con arco metaacutelico y gas
Soldadura de arco sumergido (SAW) Ahora el electrodo consumible es alambre de
aporte sin recubrimiento y la zona de la soldadura estaacute protegida por un fundente granular
suministrado independientemente desde un alimentador (Fig 1 8- 1 9b) en una capa gruesa
que cubre el arco El fundente protege el arco permite alta corriente y gran profundidad de
penetracioacuten asegura alta eficiencia actuacutea corno desoxidante y depurador y puede contener
elementos aleantes de polvo de metal La SAW es primordialmente un proceso automaacutetico
de soldadura con elevada rapidez de deposicioacuten Los electrodos en tandem sirven para
depositar grandes cantidades de material de aporte La posicioacuten de la soldadura debe ser
horizontal de esta manera es adecuada para tuberiacuteas de acero cilindros y tambieacuten para
soldaduras circulares si se gira la pieza de trabajo La soldadura de arco sumergido doble
(con una soldadura desde el interior y otra desde el exterior) se emplea para fabricar
tuberiacuteas soldadas en espiral Tambieacuten se puede usar con robots soldadores con la pieza de
trabajo manipulada en posiciones apropiadas
Soldadura con electroescoria (ESW) El proceso se utiliza ampliamente para soldar
uniones verticales en placas y estructuras gruesas (25 mm o maacutes) como plataformas de
perforacioacuten de petroacuteleo puentes barcos y marcos de prensas y molinos de laminacioacuten El
alambre del electrodo es alimentado a un bantildeo de escoria fundida (Fig 1 8 - 1 9c)
inicialmente se produce un arco pero luego se apaga debido a la escoria y el calor de la
fusioacuten es suministrado por el calentamiento por resistencia en la escoria Zapatas (represas)
de cobre enfriados con agua cierran el espacio entre las piezas que se van a soldar para
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
INTRODUCCIOacuteN
La unioacuten difiere de los procesos previamente discutidos en que toma las piezas
producidas por medio de otros procesos unitarios y las articula en una pieza maacutes compleja
por lo tanto tambieacuten se podriacutea considerar como un meacutetodo de ensamble El producto puede
reemplazar a una pieza que habriacutea sido fabricada a traveacutes de otras teacutecnicas (por ejemplo el
bastidor fundido de una maacutequina herramienta es reemplazado por uno soldado) o ser de una
clase que se produce soacutelo mediante procesos de unioacuten (por ejemplo una carroceriacutea integral
o un radiador automotrices o un cuadro de bicicleta) Aunque la mayoriacutea de los meacutetodos de
unioacuten se practican en metales tambieacuten se pueden unir ceraacutemicos y poliacutemeros por medio de
teacutecnicas similares
Algunas uniones son puramente mecaacutenicas dentro de esta categoriacutea los
dispositivos que establecen uniones semipermanentes (como tornillos y pernos) son
adecuadamente considerados como medios de ensamble Nuestro anaacutelisis se enfoca en los
procesos unitarios de ahiacute que nos concentremos en los meacutetodos para establecer uniones
permanentes Tenemos mucho en que basamos Los meacutetodos de unioacuten mecaacutenica se derivan
de los procesos de trabajo de metal las teacutecnicas de estado soacutelido se basan en la adhesioacuten y
en la deformacioacuten las soldaduras de fusioacuten estaacuten relacionadas con los procesos de
fundicioacuten y los procesos liacutequidossoacutelidos recurren a las tecnologiacuteas de solidificacioacuten
adhesioacuten y de poliacutemeros Sin embargo existen diferencias sustanciales en la forma en que
se llevan a cabo estos procesos y tales diferencias seraacuten el centro de nuestra atencioacuten
Donde sean aplicables los procesos se identificaraacuten por los nombres y abreviaciones dadas
por la American Welding Society
Los procesos de unioacuten a menudo exigen una habilidad considerable Los humos
dantildeinos los altos voltajes eleacutectricos y las altas temperaturas requieren proteccioacuten del
operador Por estas razones y tambieacuten para mayor productividad los esfuerzos tienen
como objetivo minimizar la participacioacuten del operador y se indicaraacuten las oportunidades
para la mecanizacioacuten (control de la maquinaria por lazo abierto) y automatizacioacuten real
(control de lazo cerrado sin o con inteligencia artificial)
SOLDADURAS HETEROGENEAS O DE ALEACION
Se efectuacutea entre materiales de distinta naturaleza con o sin metal de aportacioacuten o
entre metales iguales pero con distinto metal de aportacioacuten Puede ser blanda o fuerte
SOLDADURA FUERTE
En general los metales de aporte de punto de fusioacuten maacutes alto proporcionan mayor
resistencia pero la temperatura elevada de soldado puede afectar la resistencia del metal
base Al soldar acero con cobre la separacioacuten es cero o incluso negativo con otros
materiales la soldadura procede con una separacioacuten que es comuacutenmente pequentildea y
positiva Con aleaciones de aluminio o magnesio el punto de fusioacuten del metal de aporte es
cercano al del metal base de ahiacute que no se utilice el calentamiento por induccioacuten Pequentildeas
adiciones de Mg a las aleaciones de aluminio son beneacuteficas ya que el Mg actuacutea como un
reductor (captura el oxiacutegeno) y modifica la peliacutecula de oacutexido A menudo el material de
aporte se aplica como un revestimiento de 5 a 10 del espesor a uno o ambos lados de una
laacutemina (una aleacioacuten de Al-Si para aluminio Cu para acero y acero inoxidable) El carbono
superficial evitariacutea la humectacioacuten de los hierros fundidos y se debe eliminar mediante un
tratamiento electroliacutetico o por un bantildeo de las piezas en sal fundida
Las temperaturas mayores aceleran la oxidacioacuten por lo tanto los fundentes tienen
que ser maacutes agresivos Eacutestos se componen de boratos fluoruros cloruros y materiales
similares en varias proporciones Hechos a la medida para aplicaciones especiacuteficas
aseguran uniones perfectamente humectadas En la soldadura al vaciacuteo la presioacuten en el
horno se reduce para evitar la oxidacioacuten y en algunos casos no se necesita fundente
Hornos especialmente construidos permiten el desengrasado por vaporizacioacuten previo a la
iniciacioacuten del proceso de soldadura al vaciacuteo
La soldadura por inmersioacuten deriva el calor de la inmersioacuten del ensamble en sal
fundida La rapidez de calentamiento es alta y la sal puede realizar la funcioacuten fundente La
soldadura fuerte amplia difiere de la soldadura fuerte normal en que una separacioacuten mucho
maacutes ancha se rellena con el metal de aporte (principalmente latoacuten) con la ayuda de un
soplete y asiacute la accioacuten capilar no tiene ninguna funcioacuten Ademaacutes del ensamble tambieacuten se
usa para reparaciones de fundiciones de acero e hierro La soldadura fuerte por difusioacuten
difiere de la soldadura por difusioacuten en que una capa liacutequida se forma mientras ocurre la
difusioacuten
El enfriamiento controlado de los ensambles soldados con soldadura fuerte es
necesario para asegurar la raacutepida solidificacioacuten pero sin causar la distorsioacuten del ensamble o
el agrietamiento de la unioacuten
SOLDADURA BLANDA
Las uniones realizadas con soldadura blanda son de menor resistencia que las
hechas con soldadura fuerte pero las piezas se pueden unir sin exponerlas a calor excesivo
La temperatura menor hace una buena humectacioacuten maacutes criacutetica que en la soldadura fuerte
Por lo tanto la preparacioacuten superficial por medios mecaacutenicos y quiacutemicos y el uso de
fundentes son esenciales
El metal de aporte (soldadura) se elige en referencia a los diagramas relevantes de
fase La solubilidad soacutelida es un signo de buena humectacioacuten aunque la presencia de
peliacuteculas superficiales modifica en gran medida el comportamiento Una superficie que
aparenta estar recubierta uniformemente por la soldadura auacuten se puede deshumectar al
recalentar Asiacute la soldabilidad es una propiedad tecnoloacutegica que soacutelo se puede determinar
experimentalmente Los metales preciosos y el cobre se sueldan faacutecilmente el hierro y el
niacutequel requieren fundentes maacutes agresivos los oacutexidos tenaces de aluminio y cromo
dificultan la soldadura de las aleaciones de aluminio y de los aceros al alto cromo El hierro
fundido el titanio el magnesio y los ceraacutemicos (incluyendo el grafito) requieren
prechapado
SOLDADURAS HOMOGENEAS O AUTOGENAS
Los materiales que se sueldan y el metal de aportacioacuten si lo hay son de la misma
naturaleza Puede ser oxiacetileacutenica eleacutectrica (por arco voltaico o por resistencia) etc Si
no hay metal de aportacioacuten las soldaduras homogeacuteneas se denominan autoacutegenas
Por soldadura autoacutegena se entiende aqueacutella que se realiza sin metal de aportacioacuten
de manera que se unen cuerpos de igual naturaleza por medio de la fusioacuten de los mismos
asiacute al enfriarse forman un todo uacutenico
SOLDADURA EN ESTADO SOLIDO (SOLDADURA POR PRESION)
Aunque en teoriacutea no se requiere presioacuten para unir superficies perfectamente
acopladas y limpias en la praacutectica es necesaria una presioacuten normal para asegurar la
adaptacioacuten de las superficies en contacto y para romper las peliacuteculas superficiales
El calor no es una parte esencial del proceso baacutesico de unioacuten pero el ablandamiento
de los materiales promueve el contacto iacutentimo y la difusioacuten de aacutetomos ayuda a lograrla Sin
embargo la difusioacuten es inaceptable cuando dos metales disiacutemiles forman compuestos
intermetaacutelicos que vuelven fraacutegil a la unioacuten
En principio se pueden unir dos materiales cualesquiera y en efecto la unioacuten de
estado soacutelido a menudo se aplica cuando otras teacutecnicas fallan No obstante las mejores
uniones se obtienen entre metales cuando existe registro atoacutemico (es decir los aacutetomos de
dos componentes estaacuten similarmente espaciados y cristalizan en la misma estructura de
red) Esto significa que los metales se unen mejor con ellos mismos y con otros con los que
forman soluciones soacutelidas
Dentro de este tipo de soldaduras estaacuten
Soldadura en friacuteo (CW)
El teacutermino soldadura enfriacuteo (CW) se usa ampliamente para describir el
procesamiento a temperatura ambiente
1 La soldadura de traslapo se basa en una expansioacuten de 50 a 90 de las superficies
cuando se introducen penetradores en la laacutemina que se va a unir (Fig 18-4a) Los hombros
en los penetradores limitan la distorsioacuten y promueven la soldadura
2 La soldadura a tope de alambres establece la unioacuten recalcando los extremos del alambre
para causar expansioacuten de la superficie (Fig 18-4b) La soldadura se refuerza auacuten maacutes
cuando se da un giro
3 La unioacuten con rodillos o soldadura con rodillos (ROW) (Fig 18-4c) es altamente efectiva
porque las grandes reducciones (de 50 a 80 en una sola pasada) resultan en gran
extensioacuten y rompimiento de las peliacuteculas superficiales La unioacuten se puede evitar localmente
depositando un agente de separacioacuten (aislamiento) como grafito o un ceraacutemico en un
patroacuten predeterminado Luego la inflacioacuten por aire o fluido presurizado produce piezas
como las placas del evaporador del refrigerador (Fig 18-4d)
4 En la soldadura por explosioacuten (EXW) la unioacuten se establece a traveacutes de la deformacioacuten
intensa de la interfase Una esterilla explosiva se coloca encima de la laacutemina o placa de
revestimiento (la placa moacutevil) mantenida a una distancia criacutetica de la superficie del
material base (Fig 18-5a) Cuando el explosivo es detonado desde un extremo la presioacuten
desarrollada acelera la placa moacutevil en un aacutengulo respecto a la superficie Bajo la intensa
presioacuten se forma un chorro fluido que expulsa los contaminantes superficiales el flujo
turbulento resulta en la formacioacuten de remolinos agudos o voacutertices en la interfase (Fig 18-
5b) En muchos casos no hay fusioacuten pero la combinacioacuten de la adhesioacuten y del entrelazado
mecaacutenico asegura una unioacuten fuerte La teacutecnica se utiliza para revestir placas grandes para la
industria quiacutemica y tambieacuten para la expansioacuten in situ de tubos para formar los cabezales de
calderas y condensadores tubulares
5 En la soldadura ultrasoacutenica (USW) se induce un movimiento relativo de la interfase
mediante vibracioacuten tangencial (Fig l8-5e) No hay deformacioacuten extensa y el proceso es
adecuado para la soldadura de traslapo de hojas y de instrumentos delicados y componentes
electroacutenicos Cuando la punta de soldadura es reemplazada por un rodillo se pueden
producir soldaduras de costura
Soldadura por difusioacuten
La soldadura por difusioacuten (DFW) no es nueva por siglos los joyeros han rellenado
oro colocando hojas de recubrimiento sobre un nuacutecleo de plata o de cobre y comprimiendo
el laminado con una pesa (Fig 18-6a) Al mantenerlo en un horno por un tiempo
prolongado se obtiene una unioacuten permanente La presioacuten requerida tambieacuten se puede
generar en una prensa o restringiendo el ensamble con un aditamento hecho de un material
de menor dilatacioacuten (frecuentemente molibdeno) Tambieacuten se usa el teacutermino soldadura en
caliente por presioacuten (HPW)
En la deacutecada de los 70 la teacutecnica se extendioacute a la construccioacuten de fuselajes La
deformacioacuten simultaacutenea ayuda en gran medida al desarrollo de una unioacuten soacutelida por lo
tanto la soldadura por difusioacuten combinada con el formado super plaacutestico (Fig 18-6d) ha
demostrado ser muy exitosa Usando dos tres o cuatro laacuteminas se imprimen patrones con
un aislamiento de nitruro de boro El ensamble se coloca en una caja evacuada (retorta)
mantenida en una prensa y se forman superficies integrales mientras son sopladas las
cavidades
Como el titanio disuelve sus oacutexidos Y las aleaciones como Ti6AI-4V tienen el
pequentildeo tamantildeo de grano necesario para el formado superplaacutestico aun sin procesamiento
especial las aleaciones de titanio son naturales para la teacutecnica Es factible la consolidacioacuten
de piezas a gran escala Por ejemplo en las aeronaves de alto rendimiento como los
aeroplanos caza supersoacutenicos el fuselaje se construye de un revestimiento delgado
reforzado con nervaduras de complejidad considerable
Convencionalmente las piezas de laacutemina metaacutelica las extrusiones y las placas con
cavidades fresadas se unen con miles de remaches La unioacuten por difusioacuten con formado
superplaacutestico reduce el nuacutemero de piezas la mano de obra el tiempo de entrega y el costo
Al aplicar las teacutecnicas a las aleaciones de aluminio la deformacioacuten es vital para romper el
oacutexido estable y fraacutegil
La soldadura por difusioacuten tambieacuten se aplica a la manufactura de compuestos de
matriz metaacutelica (por ejemplo titanio o aluminio reforzado con fibra de boro) Cuando la
unioacuten no ocurra debido a la falta de solubilidad o resulte en la formacioacuten de un compuesto
intermetaacutelico fraacutegil se pueden usar capas intercaladas que sean mutuamente solubles en
forma de hojas o laacuteminas delgadas Por ejemplo las superaleaciones se unen despueacutes de
electrochapar con una aleacioacuten de Ni-Co
Soldadura en caliente
En teacuterminos generales el concepto soldadura en caliente describe la soldadura por
deformacioacuten en el rango de temperatura de trabajo en caliente
1 La soldadura forjada (FOW ) se refiere al proceso de soldadura industrial maacutes
antiguo El enlace se crea por medio de la deformacioacuten local sustancial de la unioacuten Las
piezas de trabajo calientes y preformadas usualmente de hierro o acero se forjan juntas
para expulsar los oacutexidos la escoria y los contaminantes y para asegurar el enlace
interatoacutemico (Fig 18-7a) La teacutecnica se empleaba no soacutelo para unir (por ejemplo forjado
de eslabones de cadena) sino tambieacuten para la soldadura de tubos y para formar capa por
capa espadas medievales e incluso objetos muy grandes como anclas Es posible la
soldadura forjada en que los extremos de las piezas de trabajo se prensan juntos axialmente
(soldadura a tope) pero la calidad de la junta tiende a ser pobre
2 En las variantes maacutes recientes del proceso el calor es proporcionado a traveacutes del
calentamiento por induccioacuten para minimizar la oxidacioacuten (Hg 18-7b) Mucho menos
deformacioacuten es suficiente por lo tanto es practicable la soldadura a tope de las piezas de
trabajo
3 El calor tambieacuten se puede generar pasando una corriente a traveacutes de las caras
comprimidas (Fig 18-7c) Actualmente la soldadura eleacutectrica a tope se ha reemplazado en
gran medida por la soldadura a tope por chispas
4 La unioacuten en caliente por rodillos (soldadura laminada ROW la versioacuten a alta
temperatura de la Fig 18-4c) se utiliza ampliamente para crear materiales compuestos de
bajo costo o alto rendimiento Asiacute el Alelad combina la resistencia a la corrosioacuten de un
revestimiento de aluminio puro con la alta resistencia de un nuacutecleo de aluminio endurecido
por precipitacioacuten Se emplea acero inoxidable para revestir acero dulce para proteccioacuten
contra la corrosioacuten y las aleaciones de diferente coeficiente de dilatacioacuten teacutermica se unen
para crear cintas bimetaacutelicas para termostatos El laminado que consiste de una placa base
y de laacuteminas de cubierta es encerrado y evacuado si se debe evitar la oxidacioacuten
Soldadura por friccioacuten (FRW)
El trabajo de friccioacuten generado cuando dos cuerpos se deslizan uno sobre otro se
transforma en calor cuando la rapidez del deslizamiento es alta y el calor es contenido en
una zona angosta ocurre la soldadura
En la FRW de accionamiento continuo (Hg 18-8a) una pieza se sujeta firmemente
mientras la otra (usualmente de simetriacutea axial) es girada bajo la aplicacioacuten simultaacutenea de
presioacuten axial La temperatura se incrementa las zonas soldadas parcialmente formadas se
cortan las peliacuteculas superficiales se rompen repentinamente la rotacioacuten se detiene y una
fuerza adicional de recalcado es aplicada cuando toda la superficie se suelda Algo del
material suavizado es expulsado corno rebaba pero no estaacute completamente claro si en
realidad ocurre la fusioacuten La zona calentada es muy delgada asiacute que losmiddot metales disiacutemiles
se unen faacutecilmente En la FRW de accionamiento por inercia la rotacioacuten es impartida por
un volante de inercia cuya energiacutea se calcula de manera que la soldadura sea completada
cuando la rotacioacuten se detiene
SOLDADURA POR FUSIOacuteN
En la gran mayoriacutea de las aplicaciones el enlace interatoacutemico se establece por
fusioacuten Cuando los materiales de la pieza de trabajo (metal base) y el metal de aporte (si es
que se usa) tienen composiciones y puntos de fusioacuten similares pero no necesariamente
ideacutenticos al proceso se le denomina soldadura por fusioacuten o simplemente soldadura
La soldadura estaacute muy relacionada con los procesos de fundicioacuten Se suministra
calor para fundir el metal base y el de aporte La fusioacuten es contenida fiacutesicamente en la zona
de fusioacuten donde por medio de su contacto con el metal base circundante de alta
conductividad teacutermica se enfriacutea raacutepidamente (tiacutepicamente a decenas de cientos de grados
por segundo) De esta manera la rapidez de enfriamiento estaacute entre la que predomina en la
fundicioacuten en molde permanente y en la atomizacioacuten el control adecuado requiere una
familiaridad completa con la metalurgia de no equilibrio
SOLDADURA POR RESISTENCIA
La soldadura por resistencia representa de alguna forma una transicioacuten de la
soldadura en estado soacutelido a soldadura por fusioacuten Las dos piezas por unirse se prensan en
conjunto y se pasa una corriente alterna por la zona de contacto Si se aplica la presioacuten
correcta esta zona presentaraacute la mayor resistencia en el circuito eleacutectrico y alliacute se
concentraraacuten las peacuterdidas de potencia La energiacutea se convierte en calor La corriente se deja
activa hasta que ocurre la fusioacuten en la interfase entre las dos piezas y la presioacuten se
mantiene hasta que la soldadura solidifica De acuerdo con la ley de Joule el calor
generado (en joules) es
donde 1 es la corriente (A) R la resistencia (n) y t la duracioacuten de la aplicacioacuten de la
corriente en segundos El voltaje puede ser bajo tiacutepicamente de 05 a 10 V pero las
corrientes pueden ser muy altas (como ejemplos veacutease la Fig 18-15)
Como el calor se debe concentrar en la zona de soldadura la resistencia fuera de ella
debe ser baja especialmente en los puntos donde la corriente es suministrada a las piezas de
trabajo por medio de electrodos Los materiales de alta conductividad teacutermica y alto calor
especiacutefico (como el aluminio o el cobre) exigen corrientes muy elevadas para evitar la
disipacioacuten del calor
La limpieza de la superficie es importante pero no tan vital como en las uniones de
estado soacutelido pues los contaminantes son expulsados de la fusioacuten No obstante las
escamas las peliacuteculas gruesas de aceite y la pintura deben ser eliminados aunque una
preparacioacuten de la superficie relativamente sencilla es adecuada y tambieacuten es factible soldar
el acero recubierto de zinc El control de la calidad es sumamente importante Las
soldaduras se prueban destructivamente para establecer los paraacutemetros oacuteptimos del proceso
despueacutes la inspeccioacuten incluye teacutecnicas de medicioacuten de la temperatura de la superficie (a
partir de la cual se extrapolan las temperaturas de la zona de soldadura) ultrasoacutenicas y de
emisioacuten acuacutestica Son posibles el control de circuito cerrado y el adaptivo
Soldadura de puntos por resistencia (RSW) Debido a la amplia difusioacuten de la
aplicacioacuten de piezas de laacutemina metaacutelica la soldadura de puntos por resistencia ha adquirido
una posicioacuten prominente desde la sujecioacuten de asas de artiacuteculos de cocina hasta el ensamble
de carroceriacuteas completas de automoacuteviles (hay varios miles de soldaduras de punto por cada
automoacutevil) Dos electrodos normalmente enfriados por agua presionan juntas dos laacuteminas
(Fig 18-15a) Los electrodos estaacuten hechos de materiales de alta conductividad y elevada
resistencia en caliente como el cobre con algunas adiciones de Cd Cr o Be o aleaciones
de cobre-tungsteno o molibdeno Entonces la corriente se aplica durante un nuacutemero
predeterminado de ciclos (en la industria automotriz l O a 30 ciclos para una corriente de
60 Hz) despueacutes de lo cual la interfaz se calienta y en una fraccioacuten de segundo se forma una
zona fundida (pepita de soldadura) La presioacuten se libera soacutelo despueacutes que l a corriente ha
sido desconectada y que la pepita ha solidificado La superficie de la laacutemina presenta una
ligera depresioacuten y decoloracioacuten Los electrodos pueden incorporarse en una maacutequina fija o
en una pistola portaacutetil de soldador Se emplean electrodos muacuteltiples (algunas veces cientos)
para la soldadura de ensambles grandes con grupos de electrodos puestos en contacto en
una secuencia programada Una serie de soldaduras puede realizarse con precisioacuten y en una
raacutepida sucesioacuten mediante robots soldadores La calidad de la soldadura se asegura con
mediciones durante el proceso basadas por ejemplo en el cambio de la resistencia
mientras se forma la pepita o en la emisioacuten acuacutestica que ocurre durante la expulsioacuten de
metal
Soldadura por proyeccioacuten (RPW) La extensioacuten de la zona soldada se controla
mejor y se realizan varias soldaduras simultaacuteneamente con soacutelo un electrodo cuando
pequentildeos se estampan o acuntildean hoyuelos o proyecciones en una de las laacuteminas Cuando
se aplica la corriente las proyecciones se suavizan y se empujan de regreso a su lugar con
la presioacuten del electrodo a medida que se forma la pepita de soldadura (Fig 18- 1 5b) Las
proyecciones forjadas o maquinadas en cuerpos soacutelidos permiten soldarlos a una laacutemina o a
otro cuerpo soacutelido Una forma de la soldadura por proyeccioacuten se practica cuando se sueldan
por resistencia mallas formadas con alambres cruzados
Soldadura de costura por resistencia (RSEW) Una serie de soldaduras de punto
se hace mucho maacutes raacutepido a lo largo de una liacutenea si los electrodos tienen forma de rodillos
(Fig 18-15c) La corriente se enciende y se apaga en una sucesioacuten planeada
proporcionando espaciamiento uniforme de los puntos Cuando una corriente alterua
permanece activa se realiza la soldadura de un punto cada vez que la corriente alcanza su
valor pico y las soldaduras se espacian suficientemente cerca para producir una unioacuten
hermeacutetica a gas y liacutequido La soldadura de costura por resistencia es uno de los meacutetodos
para producir el cuerpo de una lata y se usa para la manufactura secciones de vigas y de
cajas En la soldadura de costura aplastada (Fig 18-1 5d) el traslape soacutelo es 1 0 2 veces el
espesor de la laacutemina y los rodillos soldadores aplican suficiente presioacuten para reducir la
costura cerca de 10 sobre los espesores de la laacutemina base Eacuteste es uno de los procesos que
se emplean para fabricar blancos a la medida
Soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) Una aplicacioacuten importante
de la soldadura por resistencia es en la manufactura de tubos tuberiacuteas miembros
estructurales y rines de ruedas Los tubos se forman con rodillo Y entonces la costura
longitudinal se realiza mediante soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) en la
que la corriente eleacutectrica se aplica por medio de electrodos deslizantes o rodantes (Fig 18-
16a) En la soldadura por induccioacuten de alta frecuencia (HF1W por sus siglas en ingleacutes) el
tubo es rodeado por una bobina de induccioacuten y la frecuencia de operacioacuten se eliacutege para
obtener la penetracioacuten oacuteptima las frecuencias mayores penetran a una profundidad menor
En ambas HFRW y FF1W existe una zona fundida y localizada formada que luego se
expulsa inmediatamente a traveacutes de compresioacuten Usualmente se recorta el exceso de metal
Soldadura por chispas y recalcado La soldadura por recalcado en general
significa la unioacuten de dos cuerpos al prensarlos juntos con una fuerza suficiente para causar
deformacioacuten En el sentido maacutes particular el teacutermino se aplica a la soldadura por
resistencia en la que igual que en la soldadura de puntos la presioacuten es aplicada antes de
activar la corriente En la actualidad estaacute mucho maacutes difundida la soldadura a tope por
chispas o soldadura por chispas (FW) en que la corriente se aplica durante la aproximacioacuten
de las dos partes de esta manera ocurre un calentamiento extremadamente raacutepido cuando
hacen contacto primero las irregularidades superficiales El metal fundido se expulsa
violentamente y se quema en el aire produciendo alguacuten arqueo de ahiacute el nombre de
chispas Se puede quemar una longitud sustancialpara asegurar una buena soldadura pero
todo el metal liacutequido es expulsado y la soldadurase forma recalcando las superficies
calientes soacutelidas de metal (Fig 1 8- 1 6b) (soldadura por recalcado UW) Asiacute la resistencia
de la unioacuten no es afectada por la presencia de residuos de metal de soldadura fundido Por
lo tanto el proceso se considera como una transicioacuten entre los procesos de fase liacutequida y los
de fase soacutelida Se produciraacute una buena soldadura soacutelo si la rapidez de aproximacioacuten la
corriente y el voltaje el viaje total y la presioacuten de recalcado son controlados
cuidadosamente Actualmente el control manual es reemplazado por el control adaptivo
automaacutetico El desplazamiento de metal crea una rebaba que debe eliminarse Las caras
extremas que se van a unir a menudo se achaflanan de manera que la fusioacuten se mueva
desde el centro hacia fuera para expulsar los contaminantes en la rebaba El
precalentamiento es posible al activar la corriente despueacutes que las caras fueron prensadas
juntas pero luego eacutestas se separan ligeramente para inducir chispas Para el calentamiento
uniforme ambas partes deben tener aacutereas iguales de seccioacuten transversal aunque su
composicioacuten puede ser diferente por ejemplo en la unioacuten de un vaacutestago de acero al bajo
carbono con una broca de una herramienta de HSS Las barras y secciones dobladas en
forma de anillos los tubos y las estructuras de laacutemina con frecuencia se sueldan extremo
con extremo este meacutetodo se usa ampliamente para unir las puntas de alambre y rollos de
laacutemina para permitir la operacioacuten continua de las liacuteneas de procesamiento
SOLDADURA CON ARCO ELEacuteCT RICO
La soldadura con arco eleacutectrico difiere de la soldadura por resistencia eleacutectrica en
que un arco sostenido genera el calor para fundir el material de la pieza de trabajo (y si se
utiliza la varilla de aporte) Los eventos se muestran mejor en el ejemplo de la soldadura
con arco de tungsteno y gas (GTAW)
Cuando el electrodo de tungsteno se conecta a la terminal negativa de una fuente de
poder (en modo de polaridad directa o de corriente directa de electrodo negativoDCEN) se
convierte en el caacutetodo la pieza de trabajo conectada a la terminal positivase transforma en
el aacutenodo (Fig 1 8- 1 7a) Un gas inerte protege a ambos electrodos El caacutetodo se calienta
con la corriente de soldado hasta que se alcanza lafuncioacuten de trabajo (la energiacutea necesaria
para desalojar los electrones) del tungsteno La emisioacuten inducida teacutermicamente
(termoioacutenica) crea una carga espacial (una nube de electrones) en la que los electrones
fluyen a la pieza de trabajo (aacutenodo) donde se genera la mayoriacutea del calor (el flujo de
electrones es responsable de 85 de la transferencia caloriacutefica) En el espacio entre la
punta del electrodo y la pieza de trabajo la alta temperatura ioniza un poco del gas los
electrones son desalojados y se forma un plasma conductor de la electricidad (una mezcla
neutra de electrones e iones positivos) La energiacutea de los electrones incidentes calienta la
pieza de trabajo La zona de la soldadura a menudo es profunda y angosta (Fig 1 8- 1 7b)
Cuando la polaridad se invierte con el electrodo conectado a la terminal positiva
(modo de polaridad invertida de o corriente directa de electrodo positivo DCEP) la pieza
de trabaj o se convierte en el caacutetodo La zona de la soldadura es maacutes amplia y menos
profunda (Fig 1 8- 1 7c) por lo tanto este modo de operacioacuten es maacutes adecuado para
material de calibre delgado que se quemariacutea completamente en el modo DCEN
La polaridad inversa tiene un efecto adicional las peliacuteculas de oacutexido en las superficies de
piezas de trabajo de Al y Mg son desalojadas de esta manera la superficie se puede
limpiar ya sea invirtiendo la polaridad brevemente en el modo DCEN o usando una
corriente CA (Fig 1 8- 1 7d)
Soldadura con electrodo no consumible
En estos procesos el electrodo no se funde y el metal de la soldadura es
suministrado por el flujo del metal base (soldadura autoacutegena) o para laacutemina gruesa (gt 3
mm de espesor) por medio de una varilla separada de material de aporte
Soldadura de tungsteno con arco eleacutectrico y gas (GTAW) Como se indicoacute el arco se
mantiene entre la pieza de trabajo y el electrodo de tungsteno protegido por un gas inerte
(de ahiacute el antiguo nombre de soldadura de tungsteno con gas inerte o soldadura TIG Fig I
S - I Sa) La atmoacutesfera protectora es provista por el argoacuten el cual tiene un potencial de
ionizacioacuten menor y por ello precisa menos voltaje (alrededor de 1 0 V) pero proporciona
un arco eleacutectrico menos caliente y una penetracioacuten menos profunda que el helio La
polaridad es DCEN excepto para Al y Mg donde la CA es uacutetil para quitar el oacutexido Para
producir el arco eleacutectrico la emisioacuten de electrones y la ionizacioacuten del gas se inician
retirando el electrodo de la superficie de trabajo de manera controlada o con la ayuda de un
arco iniciador Una corriente de alta frecuencia superpuesta a la corriente alterna o directa
de soldado ayuda a comenzar el arco y tambieacuten lo estabiliza Las operaciones tanto
manuales como automaacuteticas son posibles El proceso exige una habilidad considerable
pero produce soldaduras de muy alta calidad en casi cualquier material en cualquier
posicioacuten de soldado y tambieacuten en calibres delgados (menores de 6 mm) La zona de la
soldadura es visible y no hay chisporroteo de soldadura o formacioacuten de escoria aunque las
partiacuteculas del electrodo pueden entrar a la soIacutedadura si el electrodo se sobrecalienta o toca
el bantildeo de soldadura
Soldadura con arco de plasma (PAW) Si el arco y dentro de eacutel el plasma es
restringido por un orificio la intensidad caloriacutefica se eleva (pig I S- 1 8b) Primero el arco
se produce entre el electrodo y la boquilla aplicando un voltaje de alta frecuencia Luego se
acerca el soplete a la pieza de trabajo (meacutetodo de operacioacuten de arco de plasma transferido)
A densidades bajas de corriente en el modo fusioacuten interna la zona de la soldadura es
similar en forma a la soldadura con arco a altas densidades de corriente el modo de
agujero de cerradura (Pig lS-1 8b) prevalece y el metal resolidifica atraacutes del haz de plasma
moacutevil En la teacutecnica de arco no transferido la boquilla de constriccioacuten es conectada a la
terminal positiva el arco se produce entre el electrodo y la boquilla y calienta la pieza de
trabajo por radiacioacuten Esta teacutecnica tambieacuten se utiliza para el rociacuteo de plasma (recubrimiento
de superficies La PAW es particularmente uacutetil para la soldadura de laacuteminas delgadas El
tamantildeo pequentildeo de la zona requiere control cuidadoso de la trayectoria Se practican las
formas manual y mecaacutenica y el metal de aporte se puede usar si se necesita un suministro
extra de material
La soldadura con arco de carbono (CAW) Fue la precursora de los procesos
actuales de electrodo no consumible El arco es producido entre la pieza de trabajo y un
electrodo de carbono o entre dos electrodos de carbono
Soldadura con electrodo consumible
En este grupo de procesos el electrodo consumible es un metal que se funde para
hacerse parte del cordoacuten de soldadura A menudo su composicioacuten es diferente de la de los
metales base y se pueden encontrar recomendaciones en los trabajos de referencia citados al
final de este capiacutetulo La zona de la soldadura estaacute protegida por un gas o un fundente
Soldadura con arco metaacutelico y gas (GMAW) El electrodo metaacutelico consumible alimentado
por medio de la pistola para soldar estaacute protegido por un gas inerte de ahiacute el viejo
acroacutenimo soldadura MIG (metal-gas inerte) (Fig 18-18c) Es adecuada para la mayoriacutea de
los metales Igual que con la GTAW no se forma escoria y se pueden acumular varias
capas con poca o ninguna limpieza intermedia El argoacuten es un gas adecuado para todos los
materiales algunas veces se prefiere helio --debido a su mayor potencial de ionizacioacuten y
por lo tanto mayor rapidez de generacioacuten de calor- para la soldadura de aluminio y cobre
el Ar con entre 2 y 30 de CO2 o CO2 puro generalmente se emplea para aceros al carbono
tambieacuten se estaacuten introduciendo los gases especiales adaptados para tareas especiacuteficas
Normalmente el electrodo se conecta a la terminal positiva (DCEP o polaridad invertida)
La densidad de corriente es el determinante principal del modo de transferencia de metal
Para una baja corriente de soldado ocurre una transferencia por cortocircuito el electrodo
toca la pieza de trabajo la corriente aumenta la punta del alambre se funde y se transfiere
una gotita El gas protector es elegido para minimizar la salpicadura (C02 para el acero Ar-
He para metales no ferrosos) A mayores intensidades de corriente (y con CO2 casi
siempre) prevalece la transferencia globular las partiacuteculas maacutes grandes que el electrodo
caen por gravedad La gota se debe separar antes que llegue al charco de soldadura y soacutelo
es posible la soldadura horizontal Por encima de una densidad criacutetica de corriente el metal
es transferido en un rociacuteo fino (transferencia por rociacuteo) mediante las fuerzas del arco de ahiacute
que se puedan utilizar todas las posiciones de soldadura Se obtienen soldaduras maacutes
consistentes con el uso de corriente pulsante de soldadura una corriente baja de fondo
mantiene el arco y la transferencia de metal ocurre cuando los impulsos de la corriente
exceden el nivel requerido para la transferencia por rociacuteo El gas de proteccioacuten es Ar o una
mezcla de eacutel En una variante se alimenta alambre en un soplete de plasma (soldadura MIG
de plasma) El electrodo de alambre se suministra en longitudes grandes enrolladas que
permiten soldaduras continuas en cualquier posicioacuten de soldado En la soldadura
semiautomaacutetica el soldador guiacutea la pistola y ajusta los paraacutemetros del proceso en la
soldadura automaacutetica todas las funciones son asumidas por la maacutequina de soldar o robot
La soldadura en el sitio puede ser difiacutecil porque las corrientes de aire soplan el gas protector
lejos de la zona de soldadura
Soldadura con arco metaacutelico protegido (SMAW) De nuevo el arco se produce entre
el alambre o varilla de aporte y las piezas que se van a unir (Fig 1 8- 1 9a) pero ahora la
proteccioacuten es suministrada por un recubrimiento aplicado al exterior del alambre de aporte
(electrodo recubierto) El recubrimiento cumple varias funciones su combustioacuten y
descomposicioacuten con el calor del arco crea una atmoacutesfera protectora la fusioacuten del
recubrimiento proporciona una cubierta de escoria fundida sobre la soldadura el contenido
de Na o K del recubrimiento se ioniza faacutecilmente para estabilizar el arco Tambieacuten se
pueden introducir elementos aleantes desde el recubrimiento La eleccioacuten del electrodo (que
tambieacuten determina la polaridad) es criacutetica para el eacutexito Durante la soldadura el electrodo
se funde a una rapidez de aproximadamente 250 mmmin mientras que el recubrimiento se
funde para formar una escoria que se debe eliminar si se requiere maacutes de una pasada para
acumular el espesor completo de la soldadura Corno el recubrimiento es fraacutegil se usan
varillas rectas tiacutepicamente de 450 mm de longitud haciendo a este proceso adecuado soacutelo
para la operacioacuten manual con una rapidez relativamente lenta pero auacuten a bajo costo El
proceso es versaacutetil y adecuado para la aplicacioacuten en campo aunque precisa de una
habilidad considerable1048801 Es posible el soldado en todas las posiciones incluyendo el
realizado por arriba de la cabeza si el metal y la escoria solidifican suficientemente raacutepido
Soldadura de arco con nuacutecleo fundente (FCAW) Baacutesicamente se obtiene el mismo
resultado pero una penetracioacuten maacutes profunda con el fundente dentro de un tubo El alambre
para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automaacutetica continua Algunas
veces se proporciona una proteccioacuten adicional con un gas entonces el proceso se parece a
la soldadura con arco metaacutelico y gas
Soldadura de arco sumergido (SAW) Ahora el electrodo consumible es alambre de
aporte sin recubrimiento y la zona de la soldadura estaacute protegida por un fundente granular
suministrado independientemente desde un alimentador (Fig 1 8- 1 9b) en una capa gruesa
que cubre el arco El fundente protege el arco permite alta corriente y gran profundidad de
penetracioacuten asegura alta eficiencia actuacutea corno desoxidante y depurador y puede contener
elementos aleantes de polvo de metal La SAW es primordialmente un proceso automaacutetico
de soldadura con elevada rapidez de deposicioacuten Los electrodos en tandem sirven para
depositar grandes cantidades de material de aporte La posicioacuten de la soldadura debe ser
horizontal de esta manera es adecuada para tuberiacuteas de acero cilindros y tambieacuten para
soldaduras circulares si se gira la pieza de trabajo La soldadura de arco sumergido doble
(con una soldadura desde el interior y otra desde el exterior) se emplea para fabricar
tuberiacuteas soldadas en espiral Tambieacuten se puede usar con robots soldadores con la pieza de
trabajo manipulada en posiciones apropiadas
Soldadura con electroescoria (ESW) El proceso se utiliza ampliamente para soldar
uniones verticales en placas y estructuras gruesas (25 mm o maacutes) como plataformas de
perforacioacuten de petroacuteleo puentes barcos y marcos de prensas y molinos de laminacioacuten El
alambre del electrodo es alimentado a un bantildeo de escoria fundida (Fig 1 8 - 1 9c)
inicialmente se produce un arco pero luego se apaga debido a la escoria y el calor de la
fusioacuten es suministrado por el calentamiento por resistencia en la escoria Zapatas (represas)
de cobre enfriados con agua cierran el espacio entre las piezas que se van a soldar para
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
SOLDADURAS HETEROGENEAS O DE ALEACION
Se efectuacutea entre materiales de distinta naturaleza con o sin metal de aportacioacuten o
entre metales iguales pero con distinto metal de aportacioacuten Puede ser blanda o fuerte
SOLDADURA FUERTE
En general los metales de aporte de punto de fusioacuten maacutes alto proporcionan mayor
resistencia pero la temperatura elevada de soldado puede afectar la resistencia del metal
base Al soldar acero con cobre la separacioacuten es cero o incluso negativo con otros
materiales la soldadura procede con una separacioacuten que es comuacutenmente pequentildea y
positiva Con aleaciones de aluminio o magnesio el punto de fusioacuten del metal de aporte es
cercano al del metal base de ahiacute que no se utilice el calentamiento por induccioacuten Pequentildeas
adiciones de Mg a las aleaciones de aluminio son beneacuteficas ya que el Mg actuacutea como un
reductor (captura el oxiacutegeno) y modifica la peliacutecula de oacutexido A menudo el material de
aporte se aplica como un revestimiento de 5 a 10 del espesor a uno o ambos lados de una
laacutemina (una aleacioacuten de Al-Si para aluminio Cu para acero y acero inoxidable) El carbono
superficial evitariacutea la humectacioacuten de los hierros fundidos y se debe eliminar mediante un
tratamiento electroliacutetico o por un bantildeo de las piezas en sal fundida
Las temperaturas mayores aceleran la oxidacioacuten por lo tanto los fundentes tienen
que ser maacutes agresivos Eacutestos se componen de boratos fluoruros cloruros y materiales
similares en varias proporciones Hechos a la medida para aplicaciones especiacuteficas
aseguran uniones perfectamente humectadas En la soldadura al vaciacuteo la presioacuten en el
horno se reduce para evitar la oxidacioacuten y en algunos casos no se necesita fundente
Hornos especialmente construidos permiten el desengrasado por vaporizacioacuten previo a la
iniciacioacuten del proceso de soldadura al vaciacuteo
La soldadura por inmersioacuten deriva el calor de la inmersioacuten del ensamble en sal
fundida La rapidez de calentamiento es alta y la sal puede realizar la funcioacuten fundente La
soldadura fuerte amplia difiere de la soldadura fuerte normal en que una separacioacuten mucho
maacutes ancha se rellena con el metal de aporte (principalmente latoacuten) con la ayuda de un
soplete y asiacute la accioacuten capilar no tiene ninguna funcioacuten Ademaacutes del ensamble tambieacuten se
usa para reparaciones de fundiciones de acero e hierro La soldadura fuerte por difusioacuten
difiere de la soldadura por difusioacuten en que una capa liacutequida se forma mientras ocurre la
difusioacuten
El enfriamiento controlado de los ensambles soldados con soldadura fuerte es
necesario para asegurar la raacutepida solidificacioacuten pero sin causar la distorsioacuten del ensamble o
el agrietamiento de la unioacuten
SOLDADURA BLANDA
Las uniones realizadas con soldadura blanda son de menor resistencia que las
hechas con soldadura fuerte pero las piezas se pueden unir sin exponerlas a calor excesivo
La temperatura menor hace una buena humectacioacuten maacutes criacutetica que en la soldadura fuerte
Por lo tanto la preparacioacuten superficial por medios mecaacutenicos y quiacutemicos y el uso de
fundentes son esenciales
El metal de aporte (soldadura) se elige en referencia a los diagramas relevantes de
fase La solubilidad soacutelida es un signo de buena humectacioacuten aunque la presencia de
peliacuteculas superficiales modifica en gran medida el comportamiento Una superficie que
aparenta estar recubierta uniformemente por la soldadura auacuten se puede deshumectar al
recalentar Asiacute la soldabilidad es una propiedad tecnoloacutegica que soacutelo se puede determinar
experimentalmente Los metales preciosos y el cobre se sueldan faacutecilmente el hierro y el
niacutequel requieren fundentes maacutes agresivos los oacutexidos tenaces de aluminio y cromo
dificultan la soldadura de las aleaciones de aluminio y de los aceros al alto cromo El hierro
fundido el titanio el magnesio y los ceraacutemicos (incluyendo el grafito) requieren
prechapado
SOLDADURAS HOMOGENEAS O AUTOGENAS
Los materiales que se sueldan y el metal de aportacioacuten si lo hay son de la misma
naturaleza Puede ser oxiacetileacutenica eleacutectrica (por arco voltaico o por resistencia) etc Si
no hay metal de aportacioacuten las soldaduras homogeacuteneas se denominan autoacutegenas
Por soldadura autoacutegena se entiende aqueacutella que se realiza sin metal de aportacioacuten
de manera que se unen cuerpos de igual naturaleza por medio de la fusioacuten de los mismos
asiacute al enfriarse forman un todo uacutenico
SOLDADURA EN ESTADO SOLIDO (SOLDADURA POR PRESION)
Aunque en teoriacutea no se requiere presioacuten para unir superficies perfectamente
acopladas y limpias en la praacutectica es necesaria una presioacuten normal para asegurar la
adaptacioacuten de las superficies en contacto y para romper las peliacuteculas superficiales
El calor no es una parte esencial del proceso baacutesico de unioacuten pero el ablandamiento
de los materiales promueve el contacto iacutentimo y la difusioacuten de aacutetomos ayuda a lograrla Sin
embargo la difusioacuten es inaceptable cuando dos metales disiacutemiles forman compuestos
intermetaacutelicos que vuelven fraacutegil a la unioacuten
En principio se pueden unir dos materiales cualesquiera y en efecto la unioacuten de
estado soacutelido a menudo se aplica cuando otras teacutecnicas fallan No obstante las mejores
uniones se obtienen entre metales cuando existe registro atoacutemico (es decir los aacutetomos de
dos componentes estaacuten similarmente espaciados y cristalizan en la misma estructura de
red) Esto significa que los metales se unen mejor con ellos mismos y con otros con los que
forman soluciones soacutelidas
Dentro de este tipo de soldaduras estaacuten
Soldadura en friacuteo (CW)
El teacutermino soldadura enfriacuteo (CW) se usa ampliamente para describir el
procesamiento a temperatura ambiente
1 La soldadura de traslapo se basa en una expansioacuten de 50 a 90 de las superficies
cuando se introducen penetradores en la laacutemina que se va a unir (Fig 18-4a) Los hombros
en los penetradores limitan la distorsioacuten y promueven la soldadura
2 La soldadura a tope de alambres establece la unioacuten recalcando los extremos del alambre
para causar expansioacuten de la superficie (Fig 18-4b) La soldadura se refuerza auacuten maacutes
cuando se da un giro
3 La unioacuten con rodillos o soldadura con rodillos (ROW) (Fig 18-4c) es altamente efectiva
porque las grandes reducciones (de 50 a 80 en una sola pasada) resultan en gran
extensioacuten y rompimiento de las peliacuteculas superficiales La unioacuten se puede evitar localmente
depositando un agente de separacioacuten (aislamiento) como grafito o un ceraacutemico en un
patroacuten predeterminado Luego la inflacioacuten por aire o fluido presurizado produce piezas
como las placas del evaporador del refrigerador (Fig 18-4d)
4 En la soldadura por explosioacuten (EXW) la unioacuten se establece a traveacutes de la deformacioacuten
intensa de la interfase Una esterilla explosiva se coloca encima de la laacutemina o placa de
revestimiento (la placa moacutevil) mantenida a una distancia criacutetica de la superficie del
material base (Fig 18-5a) Cuando el explosivo es detonado desde un extremo la presioacuten
desarrollada acelera la placa moacutevil en un aacutengulo respecto a la superficie Bajo la intensa
presioacuten se forma un chorro fluido que expulsa los contaminantes superficiales el flujo
turbulento resulta en la formacioacuten de remolinos agudos o voacutertices en la interfase (Fig 18-
5b) En muchos casos no hay fusioacuten pero la combinacioacuten de la adhesioacuten y del entrelazado
mecaacutenico asegura una unioacuten fuerte La teacutecnica se utiliza para revestir placas grandes para la
industria quiacutemica y tambieacuten para la expansioacuten in situ de tubos para formar los cabezales de
calderas y condensadores tubulares
5 En la soldadura ultrasoacutenica (USW) se induce un movimiento relativo de la interfase
mediante vibracioacuten tangencial (Fig l8-5e) No hay deformacioacuten extensa y el proceso es
adecuado para la soldadura de traslapo de hojas y de instrumentos delicados y componentes
electroacutenicos Cuando la punta de soldadura es reemplazada por un rodillo se pueden
producir soldaduras de costura
Soldadura por difusioacuten
La soldadura por difusioacuten (DFW) no es nueva por siglos los joyeros han rellenado
oro colocando hojas de recubrimiento sobre un nuacutecleo de plata o de cobre y comprimiendo
el laminado con una pesa (Fig 18-6a) Al mantenerlo en un horno por un tiempo
prolongado se obtiene una unioacuten permanente La presioacuten requerida tambieacuten se puede
generar en una prensa o restringiendo el ensamble con un aditamento hecho de un material
de menor dilatacioacuten (frecuentemente molibdeno) Tambieacuten se usa el teacutermino soldadura en
caliente por presioacuten (HPW)
En la deacutecada de los 70 la teacutecnica se extendioacute a la construccioacuten de fuselajes La
deformacioacuten simultaacutenea ayuda en gran medida al desarrollo de una unioacuten soacutelida por lo
tanto la soldadura por difusioacuten combinada con el formado super plaacutestico (Fig 18-6d) ha
demostrado ser muy exitosa Usando dos tres o cuatro laacuteminas se imprimen patrones con
un aislamiento de nitruro de boro El ensamble se coloca en una caja evacuada (retorta)
mantenida en una prensa y se forman superficies integrales mientras son sopladas las
cavidades
Como el titanio disuelve sus oacutexidos Y las aleaciones como Ti6AI-4V tienen el
pequentildeo tamantildeo de grano necesario para el formado superplaacutestico aun sin procesamiento
especial las aleaciones de titanio son naturales para la teacutecnica Es factible la consolidacioacuten
de piezas a gran escala Por ejemplo en las aeronaves de alto rendimiento como los
aeroplanos caza supersoacutenicos el fuselaje se construye de un revestimiento delgado
reforzado con nervaduras de complejidad considerable
Convencionalmente las piezas de laacutemina metaacutelica las extrusiones y las placas con
cavidades fresadas se unen con miles de remaches La unioacuten por difusioacuten con formado
superplaacutestico reduce el nuacutemero de piezas la mano de obra el tiempo de entrega y el costo
Al aplicar las teacutecnicas a las aleaciones de aluminio la deformacioacuten es vital para romper el
oacutexido estable y fraacutegil
La soldadura por difusioacuten tambieacuten se aplica a la manufactura de compuestos de
matriz metaacutelica (por ejemplo titanio o aluminio reforzado con fibra de boro) Cuando la
unioacuten no ocurra debido a la falta de solubilidad o resulte en la formacioacuten de un compuesto
intermetaacutelico fraacutegil se pueden usar capas intercaladas que sean mutuamente solubles en
forma de hojas o laacuteminas delgadas Por ejemplo las superaleaciones se unen despueacutes de
electrochapar con una aleacioacuten de Ni-Co
Soldadura en caliente
En teacuterminos generales el concepto soldadura en caliente describe la soldadura por
deformacioacuten en el rango de temperatura de trabajo en caliente
1 La soldadura forjada (FOW ) se refiere al proceso de soldadura industrial maacutes
antiguo El enlace se crea por medio de la deformacioacuten local sustancial de la unioacuten Las
piezas de trabajo calientes y preformadas usualmente de hierro o acero se forjan juntas
para expulsar los oacutexidos la escoria y los contaminantes y para asegurar el enlace
interatoacutemico (Fig 18-7a) La teacutecnica se empleaba no soacutelo para unir (por ejemplo forjado
de eslabones de cadena) sino tambieacuten para la soldadura de tubos y para formar capa por
capa espadas medievales e incluso objetos muy grandes como anclas Es posible la
soldadura forjada en que los extremos de las piezas de trabajo se prensan juntos axialmente
(soldadura a tope) pero la calidad de la junta tiende a ser pobre
2 En las variantes maacutes recientes del proceso el calor es proporcionado a traveacutes del
calentamiento por induccioacuten para minimizar la oxidacioacuten (Hg 18-7b) Mucho menos
deformacioacuten es suficiente por lo tanto es practicable la soldadura a tope de las piezas de
trabajo
3 El calor tambieacuten se puede generar pasando una corriente a traveacutes de las caras
comprimidas (Fig 18-7c) Actualmente la soldadura eleacutectrica a tope se ha reemplazado en
gran medida por la soldadura a tope por chispas
4 La unioacuten en caliente por rodillos (soldadura laminada ROW la versioacuten a alta
temperatura de la Fig 18-4c) se utiliza ampliamente para crear materiales compuestos de
bajo costo o alto rendimiento Asiacute el Alelad combina la resistencia a la corrosioacuten de un
revestimiento de aluminio puro con la alta resistencia de un nuacutecleo de aluminio endurecido
por precipitacioacuten Se emplea acero inoxidable para revestir acero dulce para proteccioacuten
contra la corrosioacuten y las aleaciones de diferente coeficiente de dilatacioacuten teacutermica se unen
para crear cintas bimetaacutelicas para termostatos El laminado que consiste de una placa base
y de laacuteminas de cubierta es encerrado y evacuado si se debe evitar la oxidacioacuten
Soldadura por friccioacuten (FRW)
El trabajo de friccioacuten generado cuando dos cuerpos se deslizan uno sobre otro se
transforma en calor cuando la rapidez del deslizamiento es alta y el calor es contenido en
una zona angosta ocurre la soldadura
En la FRW de accionamiento continuo (Hg 18-8a) una pieza se sujeta firmemente
mientras la otra (usualmente de simetriacutea axial) es girada bajo la aplicacioacuten simultaacutenea de
presioacuten axial La temperatura se incrementa las zonas soldadas parcialmente formadas se
cortan las peliacuteculas superficiales se rompen repentinamente la rotacioacuten se detiene y una
fuerza adicional de recalcado es aplicada cuando toda la superficie se suelda Algo del
material suavizado es expulsado corno rebaba pero no estaacute completamente claro si en
realidad ocurre la fusioacuten La zona calentada es muy delgada asiacute que losmiddot metales disiacutemiles
se unen faacutecilmente En la FRW de accionamiento por inercia la rotacioacuten es impartida por
un volante de inercia cuya energiacutea se calcula de manera que la soldadura sea completada
cuando la rotacioacuten se detiene
SOLDADURA POR FUSIOacuteN
En la gran mayoriacutea de las aplicaciones el enlace interatoacutemico se establece por
fusioacuten Cuando los materiales de la pieza de trabajo (metal base) y el metal de aporte (si es
que se usa) tienen composiciones y puntos de fusioacuten similares pero no necesariamente
ideacutenticos al proceso se le denomina soldadura por fusioacuten o simplemente soldadura
La soldadura estaacute muy relacionada con los procesos de fundicioacuten Se suministra
calor para fundir el metal base y el de aporte La fusioacuten es contenida fiacutesicamente en la zona
de fusioacuten donde por medio de su contacto con el metal base circundante de alta
conductividad teacutermica se enfriacutea raacutepidamente (tiacutepicamente a decenas de cientos de grados
por segundo) De esta manera la rapidez de enfriamiento estaacute entre la que predomina en la
fundicioacuten en molde permanente y en la atomizacioacuten el control adecuado requiere una
familiaridad completa con la metalurgia de no equilibrio
SOLDADURA POR RESISTENCIA
La soldadura por resistencia representa de alguna forma una transicioacuten de la
soldadura en estado soacutelido a soldadura por fusioacuten Las dos piezas por unirse se prensan en
conjunto y se pasa una corriente alterna por la zona de contacto Si se aplica la presioacuten
correcta esta zona presentaraacute la mayor resistencia en el circuito eleacutectrico y alliacute se
concentraraacuten las peacuterdidas de potencia La energiacutea se convierte en calor La corriente se deja
activa hasta que ocurre la fusioacuten en la interfase entre las dos piezas y la presioacuten se
mantiene hasta que la soldadura solidifica De acuerdo con la ley de Joule el calor
generado (en joules) es
donde 1 es la corriente (A) R la resistencia (n) y t la duracioacuten de la aplicacioacuten de la
corriente en segundos El voltaje puede ser bajo tiacutepicamente de 05 a 10 V pero las
corrientes pueden ser muy altas (como ejemplos veacutease la Fig 18-15)
Como el calor se debe concentrar en la zona de soldadura la resistencia fuera de ella
debe ser baja especialmente en los puntos donde la corriente es suministrada a las piezas de
trabajo por medio de electrodos Los materiales de alta conductividad teacutermica y alto calor
especiacutefico (como el aluminio o el cobre) exigen corrientes muy elevadas para evitar la
disipacioacuten del calor
La limpieza de la superficie es importante pero no tan vital como en las uniones de
estado soacutelido pues los contaminantes son expulsados de la fusioacuten No obstante las
escamas las peliacuteculas gruesas de aceite y la pintura deben ser eliminados aunque una
preparacioacuten de la superficie relativamente sencilla es adecuada y tambieacuten es factible soldar
el acero recubierto de zinc El control de la calidad es sumamente importante Las
soldaduras se prueban destructivamente para establecer los paraacutemetros oacuteptimos del proceso
despueacutes la inspeccioacuten incluye teacutecnicas de medicioacuten de la temperatura de la superficie (a
partir de la cual se extrapolan las temperaturas de la zona de soldadura) ultrasoacutenicas y de
emisioacuten acuacutestica Son posibles el control de circuito cerrado y el adaptivo
Soldadura de puntos por resistencia (RSW) Debido a la amplia difusioacuten de la
aplicacioacuten de piezas de laacutemina metaacutelica la soldadura de puntos por resistencia ha adquirido
una posicioacuten prominente desde la sujecioacuten de asas de artiacuteculos de cocina hasta el ensamble
de carroceriacuteas completas de automoacuteviles (hay varios miles de soldaduras de punto por cada
automoacutevil) Dos electrodos normalmente enfriados por agua presionan juntas dos laacuteminas
(Fig 18-15a) Los electrodos estaacuten hechos de materiales de alta conductividad y elevada
resistencia en caliente como el cobre con algunas adiciones de Cd Cr o Be o aleaciones
de cobre-tungsteno o molibdeno Entonces la corriente se aplica durante un nuacutemero
predeterminado de ciclos (en la industria automotriz l O a 30 ciclos para una corriente de
60 Hz) despueacutes de lo cual la interfaz se calienta y en una fraccioacuten de segundo se forma una
zona fundida (pepita de soldadura) La presioacuten se libera soacutelo despueacutes que l a corriente ha
sido desconectada y que la pepita ha solidificado La superficie de la laacutemina presenta una
ligera depresioacuten y decoloracioacuten Los electrodos pueden incorporarse en una maacutequina fija o
en una pistola portaacutetil de soldador Se emplean electrodos muacuteltiples (algunas veces cientos)
para la soldadura de ensambles grandes con grupos de electrodos puestos en contacto en
una secuencia programada Una serie de soldaduras puede realizarse con precisioacuten y en una
raacutepida sucesioacuten mediante robots soldadores La calidad de la soldadura se asegura con
mediciones durante el proceso basadas por ejemplo en el cambio de la resistencia
mientras se forma la pepita o en la emisioacuten acuacutestica que ocurre durante la expulsioacuten de
metal
Soldadura por proyeccioacuten (RPW) La extensioacuten de la zona soldada se controla
mejor y se realizan varias soldaduras simultaacuteneamente con soacutelo un electrodo cuando
pequentildeos se estampan o acuntildean hoyuelos o proyecciones en una de las laacuteminas Cuando
se aplica la corriente las proyecciones se suavizan y se empujan de regreso a su lugar con
la presioacuten del electrodo a medida que se forma la pepita de soldadura (Fig 18- 1 5b) Las
proyecciones forjadas o maquinadas en cuerpos soacutelidos permiten soldarlos a una laacutemina o a
otro cuerpo soacutelido Una forma de la soldadura por proyeccioacuten se practica cuando se sueldan
por resistencia mallas formadas con alambres cruzados
Soldadura de costura por resistencia (RSEW) Una serie de soldaduras de punto
se hace mucho maacutes raacutepido a lo largo de una liacutenea si los electrodos tienen forma de rodillos
(Fig 18-15c) La corriente se enciende y se apaga en una sucesioacuten planeada
proporcionando espaciamiento uniforme de los puntos Cuando una corriente alterua
permanece activa se realiza la soldadura de un punto cada vez que la corriente alcanza su
valor pico y las soldaduras se espacian suficientemente cerca para producir una unioacuten
hermeacutetica a gas y liacutequido La soldadura de costura por resistencia es uno de los meacutetodos
para producir el cuerpo de una lata y se usa para la manufactura secciones de vigas y de
cajas En la soldadura de costura aplastada (Fig 18-1 5d) el traslape soacutelo es 1 0 2 veces el
espesor de la laacutemina y los rodillos soldadores aplican suficiente presioacuten para reducir la
costura cerca de 10 sobre los espesores de la laacutemina base Eacuteste es uno de los procesos que
se emplean para fabricar blancos a la medida
Soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) Una aplicacioacuten importante
de la soldadura por resistencia es en la manufactura de tubos tuberiacuteas miembros
estructurales y rines de ruedas Los tubos se forman con rodillo Y entonces la costura
longitudinal se realiza mediante soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) en la
que la corriente eleacutectrica se aplica por medio de electrodos deslizantes o rodantes (Fig 18-
16a) En la soldadura por induccioacuten de alta frecuencia (HF1W por sus siglas en ingleacutes) el
tubo es rodeado por una bobina de induccioacuten y la frecuencia de operacioacuten se eliacutege para
obtener la penetracioacuten oacuteptima las frecuencias mayores penetran a una profundidad menor
En ambas HFRW y FF1W existe una zona fundida y localizada formada que luego se
expulsa inmediatamente a traveacutes de compresioacuten Usualmente se recorta el exceso de metal
Soldadura por chispas y recalcado La soldadura por recalcado en general
significa la unioacuten de dos cuerpos al prensarlos juntos con una fuerza suficiente para causar
deformacioacuten En el sentido maacutes particular el teacutermino se aplica a la soldadura por
resistencia en la que igual que en la soldadura de puntos la presioacuten es aplicada antes de
activar la corriente En la actualidad estaacute mucho maacutes difundida la soldadura a tope por
chispas o soldadura por chispas (FW) en que la corriente se aplica durante la aproximacioacuten
de las dos partes de esta manera ocurre un calentamiento extremadamente raacutepido cuando
hacen contacto primero las irregularidades superficiales El metal fundido se expulsa
violentamente y se quema en el aire produciendo alguacuten arqueo de ahiacute el nombre de
chispas Se puede quemar una longitud sustancialpara asegurar una buena soldadura pero
todo el metal liacutequido es expulsado y la soldadurase forma recalcando las superficies
calientes soacutelidas de metal (Fig 1 8- 1 6b) (soldadura por recalcado UW) Asiacute la resistencia
de la unioacuten no es afectada por la presencia de residuos de metal de soldadura fundido Por
lo tanto el proceso se considera como una transicioacuten entre los procesos de fase liacutequida y los
de fase soacutelida Se produciraacute una buena soldadura soacutelo si la rapidez de aproximacioacuten la
corriente y el voltaje el viaje total y la presioacuten de recalcado son controlados
cuidadosamente Actualmente el control manual es reemplazado por el control adaptivo
automaacutetico El desplazamiento de metal crea una rebaba que debe eliminarse Las caras
extremas que se van a unir a menudo se achaflanan de manera que la fusioacuten se mueva
desde el centro hacia fuera para expulsar los contaminantes en la rebaba El
precalentamiento es posible al activar la corriente despueacutes que las caras fueron prensadas
juntas pero luego eacutestas se separan ligeramente para inducir chispas Para el calentamiento
uniforme ambas partes deben tener aacutereas iguales de seccioacuten transversal aunque su
composicioacuten puede ser diferente por ejemplo en la unioacuten de un vaacutestago de acero al bajo
carbono con una broca de una herramienta de HSS Las barras y secciones dobladas en
forma de anillos los tubos y las estructuras de laacutemina con frecuencia se sueldan extremo
con extremo este meacutetodo se usa ampliamente para unir las puntas de alambre y rollos de
laacutemina para permitir la operacioacuten continua de las liacuteneas de procesamiento
SOLDADURA CON ARCO ELEacuteCT RICO
La soldadura con arco eleacutectrico difiere de la soldadura por resistencia eleacutectrica en
que un arco sostenido genera el calor para fundir el material de la pieza de trabajo (y si se
utiliza la varilla de aporte) Los eventos se muestran mejor en el ejemplo de la soldadura
con arco de tungsteno y gas (GTAW)
Cuando el electrodo de tungsteno se conecta a la terminal negativa de una fuente de
poder (en modo de polaridad directa o de corriente directa de electrodo negativoDCEN) se
convierte en el caacutetodo la pieza de trabajo conectada a la terminal positivase transforma en
el aacutenodo (Fig 1 8- 1 7a) Un gas inerte protege a ambos electrodos El caacutetodo se calienta
con la corriente de soldado hasta que se alcanza lafuncioacuten de trabajo (la energiacutea necesaria
para desalojar los electrones) del tungsteno La emisioacuten inducida teacutermicamente
(termoioacutenica) crea una carga espacial (una nube de electrones) en la que los electrones
fluyen a la pieza de trabajo (aacutenodo) donde se genera la mayoriacutea del calor (el flujo de
electrones es responsable de 85 de la transferencia caloriacutefica) En el espacio entre la
punta del electrodo y la pieza de trabajo la alta temperatura ioniza un poco del gas los
electrones son desalojados y se forma un plasma conductor de la electricidad (una mezcla
neutra de electrones e iones positivos) La energiacutea de los electrones incidentes calienta la
pieza de trabajo La zona de la soldadura a menudo es profunda y angosta (Fig 1 8- 1 7b)
Cuando la polaridad se invierte con el electrodo conectado a la terminal positiva
(modo de polaridad invertida de o corriente directa de electrodo positivo DCEP) la pieza
de trabaj o se convierte en el caacutetodo La zona de la soldadura es maacutes amplia y menos
profunda (Fig 1 8- 1 7c) por lo tanto este modo de operacioacuten es maacutes adecuado para
material de calibre delgado que se quemariacutea completamente en el modo DCEN
La polaridad inversa tiene un efecto adicional las peliacuteculas de oacutexido en las superficies de
piezas de trabajo de Al y Mg son desalojadas de esta manera la superficie se puede
limpiar ya sea invirtiendo la polaridad brevemente en el modo DCEN o usando una
corriente CA (Fig 1 8- 1 7d)
Soldadura con electrodo no consumible
En estos procesos el electrodo no se funde y el metal de la soldadura es
suministrado por el flujo del metal base (soldadura autoacutegena) o para laacutemina gruesa (gt 3
mm de espesor) por medio de una varilla separada de material de aporte
Soldadura de tungsteno con arco eleacutectrico y gas (GTAW) Como se indicoacute el arco se
mantiene entre la pieza de trabajo y el electrodo de tungsteno protegido por un gas inerte
(de ahiacute el antiguo nombre de soldadura de tungsteno con gas inerte o soldadura TIG Fig I
S - I Sa) La atmoacutesfera protectora es provista por el argoacuten el cual tiene un potencial de
ionizacioacuten menor y por ello precisa menos voltaje (alrededor de 1 0 V) pero proporciona
un arco eleacutectrico menos caliente y una penetracioacuten menos profunda que el helio La
polaridad es DCEN excepto para Al y Mg donde la CA es uacutetil para quitar el oacutexido Para
producir el arco eleacutectrico la emisioacuten de electrones y la ionizacioacuten del gas se inician
retirando el electrodo de la superficie de trabajo de manera controlada o con la ayuda de un
arco iniciador Una corriente de alta frecuencia superpuesta a la corriente alterna o directa
de soldado ayuda a comenzar el arco y tambieacuten lo estabiliza Las operaciones tanto
manuales como automaacuteticas son posibles El proceso exige una habilidad considerable
pero produce soldaduras de muy alta calidad en casi cualquier material en cualquier
posicioacuten de soldado y tambieacuten en calibres delgados (menores de 6 mm) La zona de la
soldadura es visible y no hay chisporroteo de soldadura o formacioacuten de escoria aunque las
partiacuteculas del electrodo pueden entrar a la soIacutedadura si el electrodo se sobrecalienta o toca
el bantildeo de soldadura
Soldadura con arco de plasma (PAW) Si el arco y dentro de eacutel el plasma es
restringido por un orificio la intensidad caloriacutefica se eleva (pig I S- 1 8b) Primero el arco
se produce entre el electrodo y la boquilla aplicando un voltaje de alta frecuencia Luego se
acerca el soplete a la pieza de trabajo (meacutetodo de operacioacuten de arco de plasma transferido)
A densidades bajas de corriente en el modo fusioacuten interna la zona de la soldadura es
similar en forma a la soldadura con arco a altas densidades de corriente el modo de
agujero de cerradura (Pig lS-1 8b) prevalece y el metal resolidifica atraacutes del haz de plasma
moacutevil En la teacutecnica de arco no transferido la boquilla de constriccioacuten es conectada a la
terminal positiva el arco se produce entre el electrodo y la boquilla y calienta la pieza de
trabajo por radiacioacuten Esta teacutecnica tambieacuten se utiliza para el rociacuteo de plasma (recubrimiento
de superficies La PAW es particularmente uacutetil para la soldadura de laacuteminas delgadas El
tamantildeo pequentildeo de la zona requiere control cuidadoso de la trayectoria Se practican las
formas manual y mecaacutenica y el metal de aporte se puede usar si se necesita un suministro
extra de material
La soldadura con arco de carbono (CAW) Fue la precursora de los procesos
actuales de electrodo no consumible El arco es producido entre la pieza de trabajo y un
electrodo de carbono o entre dos electrodos de carbono
Soldadura con electrodo consumible
En este grupo de procesos el electrodo consumible es un metal que se funde para
hacerse parte del cordoacuten de soldadura A menudo su composicioacuten es diferente de la de los
metales base y se pueden encontrar recomendaciones en los trabajos de referencia citados al
final de este capiacutetulo La zona de la soldadura estaacute protegida por un gas o un fundente
Soldadura con arco metaacutelico y gas (GMAW) El electrodo metaacutelico consumible alimentado
por medio de la pistola para soldar estaacute protegido por un gas inerte de ahiacute el viejo
acroacutenimo soldadura MIG (metal-gas inerte) (Fig 18-18c) Es adecuada para la mayoriacutea de
los metales Igual que con la GTAW no se forma escoria y se pueden acumular varias
capas con poca o ninguna limpieza intermedia El argoacuten es un gas adecuado para todos los
materiales algunas veces se prefiere helio --debido a su mayor potencial de ionizacioacuten y
por lo tanto mayor rapidez de generacioacuten de calor- para la soldadura de aluminio y cobre
el Ar con entre 2 y 30 de CO2 o CO2 puro generalmente se emplea para aceros al carbono
tambieacuten se estaacuten introduciendo los gases especiales adaptados para tareas especiacuteficas
Normalmente el electrodo se conecta a la terminal positiva (DCEP o polaridad invertida)
La densidad de corriente es el determinante principal del modo de transferencia de metal
Para una baja corriente de soldado ocurre una transferencia por cortocircuito el electrodo
toca la pieza de trabajo la corriente aumenta la punta del alambre se funde y se transfiere
una gotita El gas protector es elegido para minimizar la salpicadura (C02 para el acero Ar-
He para metales no ferrosos) A mayores intensidades de corriente (y con CO2 casi
siempre) prevalece la transferencia globular las partiacuteculas maacutes grandes que el electrodo
caen por gravedad La gota se debe separar antes que llegue al charco de soldadura y soacutelo
es posible la soldadura horizontal Por encima de una densidad criacutetica de corriente el metal
es transferido en un rociacuteo fino (transferencia por rociacuteo) mediante las fuerzas del arco de ahiacute
que se puedan utilizar todas las posiciones de soldadura Se obtienen soldaduras maacutes
consistentes con el uso de corriente pulsante de soldadura una corriente baja de fondo
mantiene el arco y la transferencia de metal ocurre cuando los impulsos de la corriente
exceden el nivel requerido para la transferencia por rociacuteo El gas de proteccioacuten es Ar o una
mezcla de eacutel En una variante se alimenta alambre en un soplete de plasma (soldadura MIG
de plasma) El electrodo de alambre se suministra en longitudes grandes enrolladas que
permiten soldaduras continuas en cualquier posicioacuten de soldado En la soldadura
semiautomaacutetica el soldador guiacutea la pistola y ajusta los paraacutemetros del proceso en la
soldadura automaacutetica todas las funciones son asumidas por la maacutequina de soldar o robot
La soldadura en el sitio puede ser difiacutecil porque las corrientes de aire soplan el gas protector
lejos de la zona de soldadura
Soldadura con arco metaacutelico protegido (SMAW) De nuevo el arco se produce entre
el alambre o varilla de aporte y las piezas que se van a unir (Fig 1 8- 1 9a) pero ahora la
proteccioacuten es suministrada por un recubrimiento aplicado al exterior del alambre de aporte
(electrodo recubierto) El recubrimiento cumple varias funciones su combustioacuten y
descomposicioacuten con el calor del arco crea una atmoacutesfera protectora la fusioacuten del
recubrimiento proporciona una cubierta de escoria fundida sobre la soldadura el contenido
de Na o K del recubrimiento se ioniza faacutecilmente para estabilizar el arco Tambieacuten se
pueden introducir elementos aleantes desde el recubrimiento La eleccioacuten del electrodo (que
tambieacuten determina la polaridad) es criacutetica para el eacutexito Durante la soldadura el electrodo
se funde a una rapidez de aproximadamente 250 mmmin mientras que el recubrimiento se
funde para formar una escoria que se debe eliminar si se requiere maacutes de una pasada para
acumular el espesor completo de la soldadura Corno el recubrimiento es fraacutegil se usan
varillas rectas tiacutepicamente de 450 mm de longitud haciendo a este proceso adecuado soacutelo
para la operacioacuten manual con una rapidez relativamente lenta pero auacuten a bajo costo El
proceso es versaacutetil y adecuado para la aplicacioacuten en campo aunque precisa de una
habilidad considerable1048801 Es posible el soldado en todas las posiciones incluyendo el
realizado por arriba de la cabeza si el metal y la escoria solidifican suficientemente raacutepido
Soldadura de arco con nuacutecleo fundente (FCAW) Baacutesicamente se obtiene el mismo
resultado pero una penetracioacuten maacutes profunda con el fundente dentro de un tubo El alambre
para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automaacutetica continua Algunas
veces se proporciona una proteccioacuten adicional con un gas entonces el proceso se parece a
la soldadura con arco metaacutelico y gas
Soldadura de arco sumergido (SAW) Ahora el electrodo consumible es alambre de
aporte sin recubrimiento y la zona de la soldadura estaacute protegida por un fundente granular
suministrado independientemente desde un alimentador (Fig 1 8- 1 9b) en una capa gruesa
que cubre el arco El fundente protege el arco permite alta corriente y gran profundidad de
penetracioacuten asegura alta eficiencia actuacutea corno desoxidante y depurador y puede contener
elementos aleantes de polvo de metal La SAW es primordialmente un proceso automaacutetico
de soldadura con elevada rapidez de deposicioacuten Los electrodos en tandem sirven para
depositar grandes cantidades de material de aporte La posicioacuten de la soldadura debe ser
horizontal de esta manera es adecuada para tuberiacuteas de acero cilindros y tambieacuten para
soldaduras circulares si se gira la pieza de trabajo La soldadura de arco sumergido doble
(con una soldadura desde el interior y otra desde el exterior) se emplea para fabricar
tuberiacuteas soldadas en espiral Tambieacuten se puede usar con robots soldadores con la pieza de
trabajo manipulada en posiciones apropiadas
Soldadura con electroescoria (ESW) El proceso se utiliza ampliamente para soldar
uniones verticales en placas y estructuras gruesas (25 mm o maacutes) como plataformas de
perforacioacuten de petroacuteleo puentes barcos y marcos de prensas y molinos de laminacioacuten El
alambre del electrodo es alimentado a un bantildeo de escoria fundida (Fig 1 8 - 1 9c)
inicialmente se produce un arco pero luego se apaga debido a la escoria y el calor de la
fusioacuten es suministrado por el calentamiento por resistencia en la escoria Zapatas (represas)
de cobre enfriados con agua cierran el espacio entre las piezas que se van a soldar para
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
difiere de la soldadura por difusioacuten en que una capa liacutequida se forma mientras ocurre la
difusioacuten
El enfriamiento controlado de los ensambles soldados con soldadura fuerte es
necesario para asegurar la raacutepida solidificacioacuten pero sin causar la distorsioacuten del ensamble o
el agrietamiento de la unioacuten
SOLDADURA BLANDA
Las uniones realizadas con soldadura blanda son de menor resistencia que las
hechas con soldadura fuerte pero las piezas se pueden unir sin exponerlas a calor excesivo
La temperatura menor hace una buena humectacioacuten maacutes criacutetica que en la soldadura fuerte
Por lo tanto la preparacioacuten superficial por medios mecaacutenicos y quiacutemicos y el uso de
fundentes son esenciales
El metal de aporte (soldadura) se elige en referencia a los diagramas relevantes de
fase La solubilidad soacutelida es un signo de buena humectacioacuten aunque la presencia de
peliacuteculas superficiales modifica en gran medida el comportamiento Una superficie que
aparenta estar recubierta uniformemente por la soldadura auacuten se puede deshumectar al
recalentar Asiacute la soldabilidad es una propiedad tecnoloacutegica que soacutelo se puede determinar
experimentalmente Los metales preciosos y el cobre se sueldan faacutecilmente el hierro y el
niacutequel requieren fundentes maacutes agresivos los oacutexidos tenaces de aluminio y cromo
dificultan la soldadura de las aleaciones de aluminio y de los aceros al alto cromo El hierro
fundido el titanio el magnesio y los ceraacutemicos (incluyendo el grafito) requieren
prechapado
SOLDADURAS HOMOGENEAS O AUTOGENAS
Los materiales que se sueldan y el metal de aportacioacuten si lo hay son de la misma
naturaleza Puede ser oxiacetileacutenica eleacutectrica (por arco voltaico o por resistencia) etc Si
no hay metal de aportacioacuten las soldaduras homogeacuteneas se denominan autoacutegenas
Por soldadura autoacutegena se entiende aqueacutella que se realiza sin metal de aportacioacuten
de manera que se unen cuerpos de igual naturaleza por medio de la fusioacuten de los mismos
asiacute al enfriarse forman un todo uacutenico
SOLDADURA EN ESTADO SOLIDO (SOLDADURA POR PRESION)
Aunque en teoriacutea no se requiere presioacuten para unir superficies perfectamente
acopladas y limpias en la praacutectica es necesaria una presioacuten normal para asegurar la
adaptacioacuten de las superficies en contacto y para romper las peliacuteculas superficiales
El calor no es una parte esencial del proceso baacutesico de unioacuten pero el ablandamiento
de los materiales promueve el contacto iacutentimo y la difusioacuten de aacutetomos ayuda a lograrla Sin
embargo la difusioacuten es inaceptable cuando dos metales disiacutemiles forman compuestos
intermetaacutelicos que vuelven fraacutegil a la unioacuten
En principio se pueden unir dos materiales cualesquiera y en efecto la unioacuten de
estado soacutelido a menudo se aplica cuando otras teacutecnicas fallan No obstante las mejores
uniones se obtienen entre metales cuando existe registro atoacutemico (es decir los aacutetomos de
dos componentes estaacuten similarmente espaciados y cristalizan en la misma estructura de
red) Esto significa que los metales se unen mejor con ellos mismos y con otros con los que
forman soluciones soacutelidas
Dentro de este tipo de soldaduras estaacuten
Soldadura en friacuteo (CW)
El teacutermino soldadura enfriacuteo (CW) se usa ampliamente para describir el
procesamiento a temperatura ambiente
1 La soldadura de traslapo se basa en una expansioacuten de 50 a 90 de las superficies
cuando se introducen penetradores en la laacutemina que se va a unir (Fig 18-4a) Los hombros
en los penetradores limitan la distorsioacuten y promueven la soldadura
2 La soldadura a tope de alambres establece la unioacuten recalcando los extremos del alambre
para causar expansioacuten de la superficie (Fig 18-4b) La soldadura se refuerza auacuten maacutes
cuando se da un giro
3 La unioacuten con rodillos o soldadura con rodillos (ROW) (Fig 18-4c) es altamente efectiva
porque las grandes reducciones (de 50 a 80 en una sola pasada) resultan en gran
extensioacuten y rompimiento de las peliacuteculas superficiales La unioacuten se puede evitar localmente
depositando un agente de separacioacuten (aislamiento) como grafito o un ceraacutemico en un
patroacuten predeterminado Luego la inflacioacuten por aire o fluido presurizado produce piezas
como las placas del evaporador del refrigerador (Fig 18-4d)
4 En la soldadura por explosioacuten (EXW) la unioacuten se establece a traveacutes de la deformacioacuten
intensa de la interfase Una esterilla explosiva se coloca encima de la laacutemina o placa de
revestimiento (la placa moacutevil) mantenida a una distancia criacutetica de la superficie del
material base (Fig 18-5a) Cuando el explosivo es detonado desde un extremo la presioacuten
desarrollada acelera la placa moacutevil en un aacutengulo respecto a la superficie Bajo la intensa
presioacuten se forma un chorro fluido que expulsa los contaminantes superficiales el flujo
turbulento resulta en la formacioacuten de remolinos agudos o voacutertices en la interfase (Fig 18-
5b) En muchos casos no hay fusioacuten pero la combinacioacuten de la adhesioacuten y del entrelazado
mecaacutenico asegura una unioacuten fuerte La teacutecnica se utiliza para revestir placas grandes para la
industria quiacutemica y tambieacuten para la expansioacuten in situ de tubos para formar los cabezales de
calderas y condensadores tubulares
5 En la soldadura ultrasoacutenica (USW) se induce un movimiento relativo de la interfase
mediante vibracioacuten tangencial (Fig l8-5e) No hay deformacioacuten extensa y el proceso es
adecuado para la soldadura de traslapo de hojas y de instrumentos delicados y componentes
electroacutenicos Cuando la punta de soldadura es reemplazada por un rodillo se pueden
producir soldaduras de costura
Soldadura por difusioacuten
La soldadura por difusioacuten (DFW) no es nueva por siglos los joyeros han rellenado
oro colocando hojas de recubrimiento sobre un nuacutecleo de plata o de cobre y comprimiendo
el laminado con una pesa (Fig 18-6a) Al mantenerlo en un horno por un tiempo
prolongado se obtiene una unioacuten permanente La presioacuten requerida tambieacuten se puede
generar en una prensa o restringiendo el ensamble con un aditamento hecho de un material
de menor dilatacioacuten (frecuentemente molibdeno) Tambieacuten se usa el teacutermino soldadura en
caliente por presioacuten (HPW)
En la deacutecada de los 70 la teacutecnica se extendioacute a la construccioacuten de fuselajes La
deformacioacuten simultaacutenea ayuda en gran medida al desarrollo de una unioacuten soacutelida por lo
tanto la soldadura por difusioacuten combinada con el formado super plaacutestico (Fig 18-6d) ha
demostrado ser muy exitosa Usando dos tres o cuatro laacuteminas se imprimen patrones con
un aislamiento de nitruro de boro El ensamble se coloca en una caja evacuada (retorta)
mantenida en una prensa y se forman superficies integrales mientras son sopladas las
cavidades
Como el titanio disuelve sus oacutexidos Y las aleaciones como Ti6AI-4V tienen el
pequentildeo tamantildeo de grano necesario para el formado superplaacutestico aun sin procesamiento
especial las aleaciones de titanio son naturales para la teacutecnica Es factible la consolidacioacuten
de piezas a gran escala Por ejemplo en las aeronaves de alto rendimiento como los
aeroplanos caza supersoacutenicos el fuselaje se construye de un revestimiento delgado
reforzado con nervaduras de complejidad considerable
Convencionalmente las piezas de laacutemina metaacutelica las extrusiones y las placas con
cavidades fresadas se unen con miles de remaches La unioacuten por difusioacuten con formado
superplaacutestico reduce el nuacutemero de piezas la mano de obra el tiempo de entrega y el costo
Al aplicar las teacutecnicas a las aleaciones de aluminio la deformacioacuten es vital para romper el
oacutexido estable y fraacutegil
La soldadura por difusioacuten tambieacuten se aplica a la manufactura de compuestos de
matriz metaacutelica (por ejemplo titanio o aluminio reforzado con fibra de boro) Cuando la
unioacuten no ocurra debido a la falta de solubilidad o resulte en la formacioacuten de un compuesto
intermetaacutelico fraacutegil se pueden usar capas intercaladas que sean mutuamente solubles en
forma de hojas o laacuteminas delgadas Por ejemplo las superaleaciones se unen despueacutes de
electrochapar con una aleacioacuten de Ni-Co
Soldadura en caliente
En teacuterminos generales el concepto soldadura en caliente describe la soldadura por
deformacioacuten en el rango de temperatura de trabajo en caliente
1 La soldadura forjada (FOW ) se refiere al proceso de soldadura industrial maacutes
antiguo El enlace se crea por medio de la deformacioacuten local sustancial de la unioacuten Las
piezas de trabajo calientes y preformadas usualmente de hierro o acero se forjan juntas
para expulsar los oacutexidos la escoria y los contaminantes y para asegurar el enlace
interatoacutemico (Fig 18-7a) La teacutecnica se empleaba no soacutelo para unir (por ejemplo forjado
de eslabones de cadena) sino tambieacuten para la soldadura de tubos y para formar capa por
capa espadas medievales e incluso objetos muy grandes como anclas Es posible la
soldadura forjada en que los extremos de las piezas de trabajo se prensan juntos axialmente
(soldadura a tope) pero la calidad de la junta tiende a ser pobre
2 En las variantes maacutes recientes del proceso el calor es proporcionado a traveacutes del
calentamiento por induccioacuten para minimizar la oxidacioacuten (Hg 18-7b) Mucho menos
deformacioacuten es suficiente por lo tanto es practicable la soldadura a tope de las piezas de
trabajo
3 El calor tambieacuten se puede generar pasando una corriente a traveacutes de las caras
comprimidas (Fig 18-7c) Actualmente la soldadura eleacutectrica a tope se ha reemplazado en
gran medida por la soldadura a tope por chispas
4 La unioacuten en caliente por rodillos (soldadura laminada ROW la versioacuten a alta
temperatura de la Fig 18-4c) se utiliza ampliamente para crear materiales compuestos de
bajo costo o alto rendimiento Asiacute el Alelad combina la resistencia a la corrosioacuten de un
revestimiento de aluminio puro con la alta resistencia de un nuacutecleo de aluminio endurecido
por precipitacioacuten Se emplea acero inoxidable para revestir acero dulce para proteccioacuten
contra la corrosioacuten y las aleaciones de diferente coeficiente de dilatacioacuten teacutermica se unen
para crear cintas bimetaacutelicas para termostatos El laminado que consiste de una placa base
y de laacuteminas de cubierta es encerrado y evacuado si se debe evitar la oxidacioacuten
Soldadura por friccioacuten (FRW)
El trabajo de friccioacuten generado cuando dos cuerpos se deslizan uno sobre otro se
transforma en calor cuando la rapidez del deslizamiento es alta y el calor es contenido en
una zona angosta ocurre la soldadura
En la FRW de accionamiento continuo (Hg 18-8a) una pieza se sujeta firmemente
mientras la otra (usualmente de simetriacutea axial) es girada bajo la aplicacioacuten simultaacutenea de
presioacuten axial La temperatura se incrementa las zonas soldadas parcialmente formadas se
cortan las peliacuteculas superficiales se rompen repentinamente la rotacioacuten se detiene y una
fuerza adicional de recalcado es aplicada cuando toda la superficie se suelda Algo del
material suavizado es expulsado corno rebaba pero no estaacute completamente claro si en
realidad ocurre la fusioacuten La zona calentada es muy delgada asiacute que losmiddot metales disiacutemiles
se unen faacutecilmente En la FRW de accionamiento por inercia la rotacioacuten es impartida por
un volante de inercia cuya energiacutea se calcula de manera que la soldadura sea completada
cuando la rotacioacuten se detiene
SOLDADURA POR FUSIOacuteN
En la gran mayoriacutea de las aplicaciones el enlace interatoacutemico se establece por
fusioacuten Cuando los materiales de la pieza de trabajo (metal base) y el metal de aporte (si es
que se usa) tienen composiciones y puntos de fusioacuten similares pero no necesariamente
ideacutenticos al proceso se le denomina soldadura por fusioacuten o simplemente soldadura
La soldadura estaacute muy relacionada con los procesos de fundicioacuten Se suministra
calor para fundir el metal base y el de aporte La fusioacuten es contenida fiacutesicamente en la zona
de fusioacuten donde por medio de su contacto con el metal base circundante de alta
conductividad teacutermica se enfriacutea raacutepidamente (tiacutepicamente a decenas de cientos de grados
por segundo) De esta manera la rapidez de enfriamiento estaacute entre la que predomina en la
fundicioacuten en molde permanente y en la atomizacioacuten el control adecuado requiere una
familiaridad completa con la metalurgia de no equilibrio
SOLDADURA POR RESISTENCIA
La soldadura por resistencia representa de alguna forma una transicioacuten de la
soldadura en estado soacutelido a soldadura por fusioacuten Las dos piezas por unirse se prensan en
conjunto y se pasa una corriente alterna por la zona de contacto Si se aplica la presioacuten
correcta esta zona presentaraacute la mayor resistencia en el circuito eleacutectrico y alliacute se
concentraraacuten las peacuterdidas de potencia La energiacutea se convierte en calor La corriente se deja
activa hasta que ocurre la fusioacuten en la interfase entre las dos piezas y la presioacuten se
mantiene hasta que la soldadura solidifica De acuerdo con la ley de Joule el calor
generado (en joules) es
donde 1 es la corriente (A) R la resistencia (n) y t la duracioacuten de la aplicacioacuten de la
corriente en segundos El voltaje puede ser bajo tiacutepicamente de 05 a 10 V pero las
corrientes pueden ser muy altas (como ejemplos veacutease la Fig 18-15)
Como el calor se debe concentrar en la zona de soldadura la resistencia fuera de ella
debe ser baja especialmente en los puntos donde la corriente es suministrada a las piezas de
trabajo por medio de electrodos Los materiales de alta conductividad teacutermica y alto calor
especiacutefico (como el aluminio o el cobre) exigen corrientes muy elevadas para evitar la
disipacioacuten del calor
La limpieza de la superficie es importante pero no tan vital como en las uniones de
estado soacutelido pues los contaminantes son expulsados de la fusioacuten No obstante las
escamas las peliacuteculas gruesas de aceite y la pintura deben ser eliminados aunque una
preparacioacuten de la superficie relativamente sencilla es adecuada y tambieacuten es factible soldar
el acero recubierto de zinc El control de la calidad es sumamente importante Las
soldaduras se prueban destructivamente para establecer los paraacutemetros oacuteptimos del proceso
despueacutes la inspeccioacuten incluye teacutecnicas de medicioacuten de la temperatura de la superficie (a
partir de la cual se extrapolan las temperaturas de la zona de soldadura) ultrasoacutenicas y de
emisioacuten acuacutestica Son posibles el control de circuito cerrado y el adaptivo
Soldadura de puntos por resistencia (RSW) Debido a la amplia difusioacuten de la
aplicacioacuten de piezas de laacutemina metaacutelica la soldadura de puntos por resistencia ha adquirido
una posicioacuten prominente desde la sujecioacuten de asas de artiacuteculos de cocina hasta el ensamble
de carroceriacuteas completas de automoacuteviles (hay varios miles de soldaduras de punto por cada
automoacutevil) Dos electrodos normalmente enfriados por agua presionan juntas dos laacuteminas
(Fig 18-15a) Los electrodos estaacuten hechos de materiales de alta conductividad y elevada
resistencia en caliente como el cobre con algunas adiciones de Cd Cr o Be o aleaciones
de cobre-tungsteno o molibdeno Entonces la corriente se aplica durante un nuacutemero
predeterminado de ciclos (en la industria automotriz l O a 30 ciclos para una corriente de
60 Hz) despueacutes de lo cual la interfaz se calienta y en una fraccioacuten de segundo se forma una
zona fundida (pepita de soldadura) La presioacuten se libera soacutelo despueacutes que l a corriente ha
sido desconectada y que la pepita ha solidificado La superficie de la laacutemina presenta una
ligera depresioacuten y decoloracioacuten Los electrodos pueden incorporarse en una maacutequina fija o
en una pistola portaacutetil de soldador Se emplean electrodos muacuteltiples (algunas veces cientos)
para la soldadura de ensambles grandes con grupos de electrodos puestos en contacto en
una secuencia programada Una serie de soldaduras puede realizarse con precisioacuten y en una
raacutepida sucesioacuten mediante robots soldadores La calidad de la soldadura se asegura con
mediciones durante el proceso basadas por ejemplo en el cambio de la resistencia
mientras se forma la pepita o en la emisioacuten acuacutestica que ocurre durante la expulsioacuten de
metal
Soldadura por proyeccioacuten (RPW) La extensioacuten de la zona soldada se controla
mejor y se realizan varias soldaduras simultaacuteneamente con soacutelo un electrodo cuando
pequentildeos se estampan o acuntildean hoyuelos o proyecciones en una de las laacuteminas Cuando
se aplica la corriente las proyecciones se suavizan y se empujan de regreso a su lugar con
la presioacuten del electrodo a medida que se forma la pepita de soldadura (Fig 18- 1 5b) Las
proyecciones forjadas o maquinadas en cuerpos soacutelidos permiten soldarlos a una laacutemina o a
otro cuerpo soacutelido Una forma de la soldadura por proyeccioacuten se practica cuando se sueldan
por resistencia mallas formadas con alambres cruzados
Soldadura de costura por resistencia (RSEW) Una serie de soldaduras de punto
se hace mucho maacutes raacutepido a lo largo de una liacutenea si los electrodos tienen forma de rodillos
(Fig 18-15c) La corriente se enciende y se apaga en una sucesioacuten planeada
proporcionando espaciamiento uniforme de los puntos Cuando una corriente alterua
permanece activa se realiza la soldadura de un punto cada vez que la corriente alcanza su
valor pico y las soldaduras se espacian suficientemente cerca para producir una unioacuten
hermeacutetica a gas y liacutequido La soldadura de costura por resistencia es uno de los meacutetodos
para producir el cuerpo de una lata y se usa para la manufactura secciones de vigas y de
cajas En la soldadura de costura aplastada (Fig 18-1 5d) el traslape soacutelo es 1 0 2 veces el
espesor de la laacutemina y los rodillos soldadores aplican suficiente presioacuten para reducir la
costura cerca de 10 sobre los espesores de la laacutemina base Eacuteste es uno de los procesos que
se emplean para fabricar blancos a la medida
Soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) Una aplicacioacuten importante
de la soldadura por resistencia es en la manufactura de tubos tuberiacuteas miembros
estructurales y rines de ruedas Los tubos se forman con rodillo Y entonces la costura
longitudinal se realiza mediante soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) en la
que la corriente eleacutectrica se aplica por medio de electrodos deslizantes o rodantes (Fig 18-
16a) En la soldadura por induccioacuten de alta frecuencia (HF1W por sus siglas en ingleacutes) el
tubo es rodeado por una bobina de induccioacuten y la frecuencia de operacioacuten se eliacutege para
obtener la penetracioacuten oacuteptima las frecuencias mayores penetran a una profundidad menor
En ambas HFRW y FF1W existe una zona fundida y localizada formada que luego se
expulsa inmediatamente a traveacutes de compresioacuten Usualmente se recorta el exceso de metal
Soldadura por chispas y recalcado La soldadura por recalcado en general
significa la unioacuten de dos cuerpos al prensarlos juntos con una fuerza suficiente para causar
deformacioacuten En el sentido maacutes particular el teacutermino se aplica a la soldadura por
resistencia en la que igual que en la soldadura de puntos la presioacuten es aplicada antes de
activar la corriente En la actualidad estaacute mucho maacutes difundida la soldadura a tope por
chispas o soldadura por chispas (FW) en que la corriente se aplica durante la aproximacioacuten
de las dos partes de esta manera ocurre un calentamiento extremadamente raacutepido cuando
hacen contacto primero las irregularidades superficiales El metal fundido se expulsa
violentamente y se quema en el aire produciendo alguacuten arqueo de ahiacute el nombre de
chispas Se puede quemar una longitud sustancialpara asegurar una buena soldadura pero
todo el metal liacutequido es expulsado y la soldadurase forma recalcando las superficies
calientes soacutelidas de metal (Fig 1 8- 1 6b) (soldadura por recalcado UW) Asiacute la resistencia
de la unioacuten no es afectada por la presencia de residuos de metal de soldadura fundido Por
lo tanto el proceso se considera como una transicioacuten entre los procesos de fase liacutequida y los
de fase soacutelida Se produciraacute una buena soldadura soacutelo si la rapidez de aproximacioacuten la
corriente y el voltaje el viaje total y la presioacuten de recalcado son controlados
cuidadosamente Actualmente el control manual es reemplazado por el control adaptivo
automaacutetico El desplazamiento de metal crea una rebaba que debe eliminarse Las caras
extremas que se van a unir a menudo se achaflanan de manera que la fusioacuten se mueva
desde el centro hacia fuera para expulsar los contaminantes en la rebaba El
precalentamiento es posible al activar la corriente despueacutes que las caras fueron prensadas
juntas pero luego eacutestas se separan ligeramente para inducir chispas Para el calentamiento
uniforme ambas partes deben tener aacutereas iguales de seccioacuten transversal aunque su
composicioacuten puede ser diferente por ejemplo en la unioacuten de un vaacutestago de acero al bajo
carbono con una broca de una herramienta de HSS Las barras y secciones dobladas en
forma de anillos los tubos y las estructuras de laacutemina con frecuencia se sueldan extremo
con extremo este meacutetodo se usa ampliamente para unir las puntas de alambre y rollos de
laacutemina para permitir la operacioacuten continua de las liacuteneas de procesamiento
SOLDADURA CON ARCO ELEacuteCT RICO
La soldadura con arco eleacutectrico difiere de la soldadura por resistencia eleacutectrica en
que un arco sostenido genera el calor para fundir el material de la pieza de trabajo (y si se
utiliza la varilla de aporte) Los eventos se muestran mejor en el ejemplo de la soldadura
con arco de tungsteno y gas (GTAW)
Cuando el electrodo de tungsteno se conecta a la terminal negativa de una fuente de
poder (en modo de polaridad directa o de corriente directa de electrodo negativoDCEN) se
convierte en el caacutetodo la pieza de trabajo conectada a la terminal positivase transforma en
el aacutenodo (Fig 1 8- 1 7a) Un gas inerte protege a ambos electrodos El caacutetodo se calienta
con la corriente de soldado hasta que se alcanza lafuncioacuten de trabajo (la energiacutea necesaria
para desalojar los electrones) del tungsteno La emisioacuten inducida teacutermicamente
(termoioacutenica) crea una carga espacial (una nube de electrones) en la que los electrones
fluyen a la pieza de trabajo (aacutenodo) donde se genera la mayoriacutea del calor (el flujo de
electrones es responsable de 85 de la transferencia caloriacutefica) En el espacio entre la
punta del electrodo y la pieza de trabajo la alta temperatura ioniza un poco del gas los
electrones son desalojados y se forma un plasma conductor de la electricidad (una mezcla
neutra de electrones e iones positivos) La energiacutea de los electrones incidentes calienta la
pieza de trabajo La zona de la soldadura a menudo es profunda y angosta (Fig 1 8- 1 7b)
Cuando la polaridad se invierte con el electrodo conectado a la terminal positiva
(modo de polaridad invertida de o corriente directa de electrodo positivo DCEP) la pieza
de trabaj o se convierte en el caacutetodo La zona de la soldadura es maacutes amplia y menos
profunda (Fig 1 8- 1 7c) por lo tanto este modo de operacioacuten es maacutes adecuado para
material de calibre delgado que se quemariacutea completamente en el modo DCEN
La polaridad inversa tiene un efecto adicional las peliacuteculas de oacutexido en las superficies de
piezas de trabajo de Al y Mg son desalojadas de esta manera la superficie se puede
limpiar ya sea invirtiendo la polaridad brevemente en el modo DCEN o usando una
corriente CA (Fig 1 8- 1 7d)
Soldadura con electrodo no consumible
En estos procesos el electrodo no se funde y el metal de la soldadura es
suministrado por el flujo del metal base (soldadura autoacutegena) o para laacutemina gruesa (gt 3
mm de espesor) por medio de una varilla separada de material de aporte
Soldadura de tungsteno con arco eleacutectrico y gas (GTAW) Como se indicoacute el arco se
mantiene entre la pieza de trabajo y el electrodo de tungsteno protegido por un gas inerte
(de ahiacute el antiguo nombre de soldadura de tungsteno con gas inerte o soldadura TIG Fig I
S - I Sa) La atmoacutesfera protectora es provista por el argoacuten el cual tiene un potencial de
ionizacioacuten menor y por ello precisa menos voltaje (alrededor de 1 0 V) pero proporciona
un arco eleacutectrico menos caliente y una penetracioacuten menos profunda que el helio La
polaridad es DCEN excepto para Al y Mg donde la CA es uacutetil para quitar el oacutexido Para
producir el arco eleacutectrico la emisioacuten de electrones y la ionizacioacuten del gas se inician
retirando el electrodo de la superficie de trabajo de manera controlada o con la ayuda de un
arco iniciador Una corriente de alta frecuencia superpuesta a la corriente alterna o directa
de soldado ayuda a comenzar el arco y tambieacuten lo estabiliza Las operaciones tanto
manuales como automaacuteticas son posibles El proceso exige una habilidad considerable
pero produce soldaduras de muy alta calidad en casi cualquier material en cualquier
posicioacuten de soldado y tambieacuten en calibres delgados (menores de 6 mm) La zona de la
soldadura es visible y no hay chisporroteo de soldadura o formacioacuten de escoria aunque las
partiacuteculas del electrodo pueden entrar a la soIacutedadura si el electrodo se sobrecalienta o toca
el bantildeo de soldadura
Soldadura con arco de plasma (PAW) Si el arco y dentro de eacutel el plasma es
restringido por un orificio la intensidad caloriacutefica se eleva (pig I S- 1 8b) Primero el arco
se produce entre el electrodo y la boquilla aplicando un voltaje de alta frecuencia Luego se
acerca el soplete a la pieza de trabajo (meacutetodo de operacioacuten de arco de plasma transferido)
A densidades bajas de corriente en el modo fusioacuten interna la zona de la soldadura es
similar en forma a la soldadura con arco a altas densidades de corriente el modo de
agujero de cerradura (Pig lS-1 8b) prevalece y el metal resolidifica atraacutes del haz de plasma
moacutevil En la teacutecnica de arco no transferido la boquilla de constriccioacuten es conectada a la
terminal positiva el arco se produce entre el electrodo y la boquilla y calienta la pieza de
trabajo por radiacioacuten Esta teacutecnica tambieacuten se utiliza para el rociacuteo de plasma (recubrimiento
de superficies La PAW es particularmente uacutetil para la soldadura de laacuteminas delgadas El
tamantildeo pequentildeo de la zona requiere control cuidadoso de la trayectoria Se practican las
formas manual y mecaacutenica y el metal de aporte se puede usar si se necesita un suministro
extra de material
La soldadura con arco de carbono (CAW) Fue la precursora de los procesos
actuales de electrodo no consumible El arco es producido entre la pieza de trabajo y un
electrodo de carbono o entre dos electrodos de carbono
Soldadura con electrodo consumible
En este grupo de procesos el electrodo consumible es un metal que se funde para
hacerse parte del cordoacuten de soldadura A menudo su composicioacuten es diferente de la de los
metales base y se pueden encontrar recomendaciones en los trabajos de referencia citados al
final de este capiacutetulo La zona de la soldadura estaacute protegida por un gas o un fundente
Soldadura con arco metaacutelico y gas (GMAW) El electrodo metaacutelico consumible alimentado
por medio de la pistola para soldar estaacute protegido por un gas inerte de ahiacute el viejo
acroacutenimo soldadura MIG (metal-gas inerte) (Fig 18-18c) Es adecuada para la mayoriacutea de
los metales Igual que con la GTAW no se forma escoria y se pueden acumular varias
capas con poca o ninguna limpieza intermedia El argoacuten es un gas adecuado para todos los
materiales algunas veces se prefiere helio --debido a su mayor potencial de ionizacioacuten y
por lo tanto mayor rapidez de generacioacuten de calor- para la soldadura de aluminio y cobre
el Ar con entre 2 y 30 de CO2 o CO2 puro generalmente se emplea para aceros al carbono
tambieacuten se estaacuten introduciendo los gases especiales adaptados para tareas especiacuteficas
Normalmente el electrodo se conecta a la terminal positiva (DCEP o polaridad invertida)
La densidad de corriente es el determinante principal del modo de transferencia de metal
Para una baja corriente de soldado ocurre una transferencia por cortocircuito el electrodo
toca la pieza de trabajo la corriente aumenta la punta del alambre se funde y se transfiere
una gotita El gas protector es elegido para minimizar la salpicadura (C02 para el acero Ar-
He para metales no ferrosos) A mayores intensidades de corriente (y con CO2 casi
siempre) prevalece la transferencia globular las partiacuteculas maacutes grandes que el electrodo
caen por gravedad La gota se debe separar antes que llegue al charco de soldadura y soacutelo
es posible la soldadura horizontal Por encima de una densidad criacutetica de corriente el metal
es transferido en un rociacuteo fino (transferencia por rociacuteo) mediante las fuerzas del arco de ahiacute
que se puedan utilizar todas las posiciones de soldadura Se obtienen soldaduras maacutes
consistentes con el uso de corriente pulsante de soldadura una corriente baja de fondo
mantiene el arco y la transferencia de metal ocurre cuando los impulsos de la corriente
exceden el nivel requerido para la transferencia por rociacuteo El gas de proteccioacuten es Ar o una
mezcla de eacutel En una variante se alimenta alambre en un soplete de plasma (soldadura MIG
de plasma) El electrodo de alambre se suministra en longitudes grandes enrolladas que
permiten soldaduras continuas en cualquier posicioacuten de soldado En la soldadura
semiautomaacutetica el soldador guiacutea la pistola y ajusta los paraacutemetros del proceso en la
soldadura automaacutetica todas las funciones son asumidas por la maacutequina de soldar o robot
La soldadura en el sitio puede ser difiacutecil porque las corrientes de aire soplan el gas protector
lejos de la zona de soldadura
Soldadura con arco metaacutelico protegido (SMAW) De nuevo el arco se produce entre
el alambre o varilla de aporte y las piezas que se van a unir (Fig 1 8- 1 9a) pero ahora la
proteccioacuten es suministrada por un recubrimiento aplicado al exterior del alambre de aporte
(electrodo recubierto) El recubrimiento cumple varias funciones su combustioacuten y
descomposicioacuten con el calor del arco crea una atmoacutesfera protectora la fusioacuten del
recubrimiento proporciona una cubierta de escoria fundida sobre la soldadura el contenido
de Na o K del recubrimiento se ioniza faacutecilmente para estabilizar el arco Tambieacuten se
pueden introducir elementos aleantes desde el recubrimiento La eleccioacuten del electrodo (que
tambieacuten determina la polaridad) es criacutetica para el eacutexito Durante la soldadura el electrodo
se funde a una rapidez de aproximadamente 250 mmmin mientras que el recubrimiento se
funde para formar una escoria que se debe eliminar si se requiere maacutes de una pasada para
acumular el espesor completo de la soldadura Corno el recubrimiento es fraacutegil se usan
varillas rectas tiacutepicamente de 450 mm de longitud haciendo a este proceso adecuado soacutelo
para la operacioacuten manual con una rapidez relativamente lenta pero auacuten a bajo costo El
proceso es versaacutetil y adecuado para la aplicacioacuten en campo aunque precisa de una
habilidad considerable1048801 Es posible el soldado en todas las posiciones incluyendo el
realizado por arriba de la cabeza si el metal y la escoria solidifican suficientemente raacutepido
Soldadura de arco con nuacutecleo fundente (FCAW) Baacutesicamente se obtiene el mismo
resultado pero una penetracioacuten maacutes profunda con el fundente dentro de un tubo El alambre
para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automaacutetica continua Algunas
veces se proporciona una proteccioacuten adicional con un gas entonces el proceso se parece a
la soldadura con arco metaacutelico y gas
Soldadura de arco sumergido (SAW) Ahora el electrodo consumible es alambre de
aporte sin recubrimiento y la zona de la soldadura estaacute protegida por un fundente granular
suministrado independientemente desde un alimentador (Fig 1 8- 1 9b) en una capa gruesa
que cubre el arco El fundente protege el arco permite alta corriente y gran profundidad de
penetracioacuten asegura alta eficiencia actuacutea corno desoxidante y depurador y puede contener
elementos aleantes de polvo de metal La SAW es primordialmente un proceso automaacutetico
de soldadura con elevada rapidez de deposicioacuten Los electrodos en tandem sirven para
depositar grandes cantidades de material de aporte La posicioacuten de la soldadura debe ser
horizontal de esta manera es adecuada para tuberiacuteas de acero cilindros y tambieacuten para
soldaduras circulares si se gira la pieza de trabajo La soldadura de arco sumergido doble
(con una soldadura desde el interior y otra desde el exterior) se emplea para fabricar
tuberiacuteas soldadas en espiral Tambieacuten se puede usar con robots soldadores con la pieza de
trabajo manipulada en posiciones apropiadas
Soldadura con electroescoria (ESW) El proceso se utiliza ampliamente para soldar
uniones verticales en placas y estructuras gruesas (25 mm o maacutes) como plataformas de
perforacioacuten de petroacuteleo puentes barcos y marcos de prensas y molinos de laminacioacuten El
alambre del electrodo es alimentado a un bantildeo de escoria fundida (Fig 1 8 - 1 9c)
inicialmente se produce un arco pero luego se apaga debido a la escoria y el calor de la
fusioacuten es suministrado por el calentamiento por resistencia en la escoria Zapatas (represas)
de cobre enfriados con agua cierran el espacio entre las piezas que se van a soldar para
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
Por soldadura autoacutegena se entiende aqueacutella que se realiza sin metal de aportacioacuten
de manera que se unen cuerpos de igual naturaleza por medio de la fusioacuten de los mismos
asiacute al enfriarse forman un todo uacutenico
SOLDADURA EN ESTADO SOLIDO (SOLDADURA POR PRESION)
Aunque en teoriacutea no se requiere presioacuten para unir superficies perfectamente
acopladas y limpias en la praacutectica es necesaria una presioacuten normal para asegurar la
adaptacioacuten de las superficies en contacto y para romper las peliacuteculas superficiales
El calor no es una parte esencial del proceso baacutesico de unioacuten pero el ablandamiento
de los materiales promueve el contacto iacutentimo y la difusioacuten de aacutetomos ayuda a lograrla Sin
embargo la difusioacuten es inaceptable cuando dos metales disiacutemiles forman compuestos
intermetaacutelicos que vuelven fraacutegil a la unioacuten
En principio se pueden unir dos materiales cualesquiera y en efecto la unioacuten de
estado soacutelido a menudo se aplica cuando otras teacutecnicas fallan No obstante las mejores
uniones se obtienen entre metales cuando existe registro atoacutemico (es decir los aacutetomos de
dos componentes estaacuten similarmente espaciados y cristalizan en la misma estructura de
red) Esto significa que los metales se unen mejor con ellos mismos y con otros con los que
forman soluciones soacutelidas
Dentro de este tipo de soldaduras estaacuten
Soldadura en friacuteo (CW)
El teacutermino soldadura enfriacuteo (CW) se usa ampliamente para describir el
procesamiento a temperatura ambiente
1 La soldadura de traslapo se basa en una expansioacuten de 50 a 90 de las superficies
cuando se introducen penetradores en la laacutemina que se va a unir (Fig 18-4a) Los hombros
en los penetradores limitan la distorsioacuten y promueven la soldadura
2 La soldadura a tope de alambres establece la unioacuten recalcando los extremos del alambre
para causar expansioacuten de la superficie (Fig 18-4b) La soldadura se refuerza auacuten maacutes
cuando se da un giro
3 La unioacuten con rodillos o soldadura con rodillos (ROW) (Fig 18-4c) es altamente efectiva
porque las grandes reducciones (de 50 a 80 en una sola pasada) resultan en gran
extensioacuten y rompimiento de las peliacuteculas superficiales La unioacuten se puede evitar localmente
depositando un agente de separacioacuten (aislamiento) como grafito o un ceraacutemico en un
patroacuten predeterminado Luego la inflacioacuten por aire o fluido presurizado produce piezas
como las placas del evaporador del refrigerador (Fig 18-4d)
4 En la soldadura por explosioacuten (EXW) la unioacuten se establece a traveacutes de la deformacioacuten
intensa de la interfase Una esterilla explosiva se coloca encima de la laacutemina o placa de
revestimiento (la placa moacutevil) mantenida a una distancia criacutetica de la superficie del
material base (Fig 18-5a) Cuando el explosivo es detonado desde un extremo la presioacuten
desarrollada acelera la placa moacutevil en un aacutengulo respecto a la superficie Bajo la intensa
presioacuten se forma un chorro fluido que expulsa los contaminantes superficiales el flujo
turbulento resulta en la formacioacuten de remolinos agudos o voacutertices en la interfase (Fig 18-
5b) En muchos casos no hay fusioacuten pero la combinacioacuten de la adhesioacuten y del entrelazado
mecaacutenico asegura una unioacuten fuerte La teacutecnica se utiliza para revestir placas grandes para la
industria quiacutemica y tambieacuten para la expansioacuten in situ de tubos para formar los cabezales de
calderas y condensadores tubulares
5 En la soldadura ultrasoacutenica (USW) se induce un movimiento relativo de la interfase
mediante vibracioacuten tangencial (Fig l8-5e) No hay deformacioacuten extensa y el proceso es
adecuado para la soldadura de traslapo de hojas y de instrumentos delicados y componentes
electroacutenicos Cuando la punta de soldadura es reemplazada por un rodillo se pueden
producir soldaduras de costura
Soldadura por difusioacuten
La soldadura por difusioacuten (DFW) no es nueva por siglos los joyeros han rellenado
oro colocando hojas de recubrimiento sobre un nuacutecleo de plata o de cobre y comprimiendo
el laminado con una pesa (Fig 18-6a) Al mantenerlo en un horno por un tiempo
prolongado se obtiene una unioacuten permanente La presioacuten requerida tambieacuten se puede
generar en una prensa o restringiendo el ensamble con un aditamento hecho de un material
de menor dilatacioacuten (frecuentemente molibdeno) Tambieacuten se usa el teacutermino soldadura en
caliente por presioacuten (HPW)
En la deacutecada de los 70 la teacutecnica se extendioacute a la construccioacuten de fuselajes La
deformacioacuten simultaacutenea ayuda en gran medida al desarrollo de una unioacuten soacutelida por lo
tanto la soldadura por difusioacuten combinada con el formado super plaacutestico (Fig 18-6d) ha
demostrado ser muy exitosa Usando dos tres o cuatro laacuteminas se imprimen patrones con
un aislamiento de nitruro de boro El ensamble se coloca en una caja evacuada (retorta)
mantenida en una prensa y se forman superficies integrales mientras son sopladas las
cavidades
Como el titanio disuelve sus oacutexidos Y las aleaciones como Ti6AI-4V tienen el
pequentildeo tamantildeo de grano necesario para el formado superplaacutestico aun sin procesamiento
especial las aleaciones de titanio son naturales para la teacutecnica Es factible la consolidacioacuten
de piezas a gran escala Por ejemplo en las aeronaves de alto rendimiento como los
aeroplanos caza supersoacutenicos el fuselaje se construye de un revestimiento delgado
reforzado con nervaduras de complejidad considerable
Convencionalmente las piezas de laacutemina metaacutelica las extrusiones y las placas con
cavidades fresadas se unen con miles de remaches La unioacuten por difusioacuten con formado
superplaacutestico reduce el nuacutemero de piezas la mano de obra el tiempo de entrega y el costo
Al aplicar las teacutecnicas a las aleaciones de aluminio la deformacioacuten es vital para romper el
oacutexido estable y fraacutegil
La soldadura por difusioacuten tambieacuten se aplica a la manufactura de compuestos de
matriz metaacutelica (por ejemplo titanio o aluminio reforzado con fibra de boro) Cuando la
unioacuten no ocurra debido a la falta de solubilidad o resulte en la formacioacuten de un compuesto
intermetaacutelico fraacutegil se pueden usar capas intercaladas que sean mutuamente solubles en
forma de hojas o laacuteminas delgadas Por ejemplo las superaleaciones se unen despueacutes de
electrochapar con una aleacioacuten de Ni-Co
Soldadura en caliente
En teacuterminos generales el concepto soldadura en caliente describe la soldadura por
deformacioacuten en el rango de temperatura de trabajo en caliente
1 La soldadura forjada (FOW ) se refiere al proceso de soldadura industrial maacutes
antiguo El enlace se crea por medio de la deformacioacuten local sustancial de la unioacuten Las
piezas de trabajo calientes y preformadas usualmente de hierro o acero se forjan juntas
para expulsar los oacutexidos la escoria y los contaminantes y para asegurar el enlace
interatoacutemico (Fig 18-7a) La teacutecnica se empleaba no soacutelo para unir (por ejemplo forjado
de eslabones de cadena) sino tambieacuten para la soldadura de tubos y para formar capa por
capa espadas medievales e incluso objetos muy grandes como anclas Es posible la
soldadura forjada en que los extremos de las piezas de trabajo se prensan juntos axialmente
(soldadura a tope) pero la calidad de la junta tiende a ser pobre
2 En las variantes maacutes recientes del proceso el calor es proporcionado a traveacutes del
calentamiento por induccioacuten para minimizar la oxidacioacuten (Hg 18-7b) Mucho menos
deformacioacuten es suficiente por lo tanto es practicable la soldadura a tope de las piezas de
trabajo
3 El calor tambieacuten se puede generar pasando una corriente a traveacutes de las caras
comprimidas (Fig 18-7c) Actualmente la soldadura eleacutectrica a tope se ha reemplazado en
gran medida por la soldadura a tope por chispas
4 La unioacuten en caliente por rodillos (soldadura laminada ROW la versioacuten a alta
temperatura de la Fig 18-4c) se utiliza ampliamente para crear materiales compuestos de
bajo costo o alto rendimiento Asiacute el Alelad combina la resistencia a la corrosioacuten de un
revestimiento de aluminio puro con la alta resistencia de un nuacutecleo de aluminio endurecido
por precipitacioacuten Se emplea acero inoxidable para revestir acero dulce para proteccioacuten
contra la corrosioacuten y las aleaciones de diferente coeficiente de dilatacioacuten teacutermica se unen
para crear cintas bimetaacutelicas para termostatos El laminado que consiste de una placa base
y de laacuteminas de cubierta es encerrado y evacuado si se debe evitar la oxidacioacuten
Soldadura por friccioacuten (FRW)
El trabajo de friccioacuten generado cuando dos cuerpos se deslizan uno sobre otro se
transforma en calor cuando la rapidez del deslizamiento es alta y el calor es contenido en
una zona angosta ocurre la soldadura
En la FRW de accionamiento continuo (Hg 18-8a) una pieza se sujeta firmemente
mientras la otra (usualmente de simetriacutea axial) es girada bajo la aplicacioacuten simultaacutenea de
presioacuten axial La temperatura se incrementa las zonas soldadas parcialmente formadas se
cortan las peliacuteculas superficiales se rompen repentinamente la rotacioacuten se detiene y una
fuerza adicional de recalcado es aplicada cuando toda la superficie se suelda Algo del
material suavizado es expulsado corno rebaba pero no estaacute completamente claro si en
realidad ocurre la fusioacuten La zona calentada es muy delgada asiacute que losmiddot metales disiacutemiles
se unen faacutecilmente En la FRW de accionamiento por inercia la rotacioacuten es impartida por
un volante de inercia cuya energiacutea se calcula de manera que la soldadura sea completada
cuando la rotacioacuten se detiene
SOLDADURA POR FUSIOacuteN
En la gran mayoriacutea de las aplicaciones el enlace interatoacutemico se establece por
fusioacuten Cuando los materiales de la pieza de trabajo (metal base) y el metal de aporte (si es
que se usa) tienen composiciones y puntos de fusioacuten similares pero no necesariamente
ideacutenticos al proceso se le denomina soldadura por fusioacuten o simplemente soldadura
La soldadura estaacute muy relacionada con los procesos de fundicioacuten Se suministra
calor para fundir el metal base y el de aporte La fusioacuten es contenida fiacutesicamente en la zona
de fusioacuten donde por medio de su contacto con el metal base circundante de alta
conductividad teacutermica se enfriacutea raacutepidamente (tiacutepicamente a decenas de cientos de grados
por segundo) De esta manera la rapidez de enfriamiento estaacute entre la que predomina en la
fundicioacuten en molde permanente y en la atomizacioacuten el control adecuado requiere una
familiaridad completa con la metalurgia de no equilibrio
SOLDADURA POR RESISTENCIA
La soldadura por resistencia representa de alguna forma una transicioacuten de la
soldadura en estado soacutelido a soldadura por fusioacuten Las dos piezas por unirse se prensan en
conjunto y se pasa una corriente alterna por la zona de contacto Si se aplica la presioacuten
correcta esta zona presentaraacute la mayor resistencia en el circuito eleacutectrico y alliacute se
concentraraacuten las peacuterdidas de potencia La energiacutea se convierte en calor La corriente se deja
activa hasta que ocurre la fusioacuten en la interfase entre las dos piezas y la presioacuten se
mantiene hasta que la soldadura solidifica De acuerdo con la ley de Joule el calor
generado (en joules) es
donde 1 es la corriente (A) R la resistencia (n) y t la duracioacuten de la aplicacioacuten de la
corriente en segundos El voltaje puede ser bajo tiacutepicamente de 05 a 10 V pero las
corrientes pueden ser muy altas (como ejemplos veacutease la Fig 18-15)
Como el calor se debe concentrar en la zona de soldadura la resistencia fuera de ella
debe ser baja especialmente en los puntos donde la corriente es suministrada a las piezas de
trabajo por medio de electrodos Los materiales de alta conductividad teacutermica y alto calor
especiacutefico (como el aluminio o el cobre) exigen corrientes muy elevadas para evitar la
disipacioacuten del calor
La limpieza de la superficie es importante pero no tan vital como en las uniones de
estado soacutelido pues los contaminantes son expulsados de la fusioacuten No obstante las
escamas las peliacuteculas gruesas de aceite y la pintura deben ser eliminados aunque una
preparacioacuten de la superficie relativamente sencilla es adecuada y tambieacuten es factible soldar
el acero recubierto de zinc El control de la calidad es sumamente importante Las
soldaduras se prueban destructivamente para establecer los paraacutemetros oacuteptimos del proceso
despueacutes la inspeccioacuten incluye teacutecnicas de medicioacuten de la temperatura de la superficie (a
partir de la cual se extrapolan las temperaturas de la zona de soldadura) ultrasoacutenicas y de
emisioacuten acuacutestica Son posibles el control de circuito cerrado y el adaptivo
Soldadura de puntos por resistencia (RSW) Debido a la amplia difusioacuten de la
aplicacioacuten de piezas de laacutemina metaacutelica la soldadura de puntos por resistencia ha adquirido
una posicioacuten prominente desde la sujecioacuten de asas de artiacuteculos de cocina hasta el ensamble
de carroceriacuteas completas de automoacuteviles (hay varios miles de soldaduras de punto por cada
automoacutevil) Dos electrodos normalmente enfriados por agua presionan juntas dos laacuteminas
(Fig 18-15a) Los electrodos estaacuten hechos de materiales de alta conductividad y elevada
resistencia en caliente como el cobre con algunas adiciones de Cd Cr o Be o aleaciones
de cobre-tungsteno o molibdeno Entonces la corriente se aplica durante un nuacutemero
predeterminado de ciclos (en la industria automotriz l O a 30 ciclos para una corriente de
60 Hz) despueacutes de lo cual la interfaz se calienta y en una fraccioacuten de segundo se forma una
zona fundida (pepita de soldadura) La presioacuten se libera soacutelo despueacutes que l a corriente ha
sido desconectada y que la pepita ha solidificado La superficie de la laacutemina presenta una
ligera depresioacuten y decoloracioacuten Los electrodos pueden incorporarse en una maacutequina fija o
en una pistola portaacutetil de soldador Se emplean electrodos muacuteltiples (algunas veces cientos)
para la soldadura de ensambles grandes con grupos de electrodos puestos en contacto en
una secuencia programada Una serie de soldaduras puede realizarse con precisioacuten y en una
raacutepida sucesioacuten mediante robots soldadores La calidad de la soldadura se asegura con
mediciones durante el proceso basadas por ejemplo en el cambio de la resistencia
mientras se forma la pepita o en la emisioacuten acuacutestica que ocurre durante la expulsioacuten de
metal
Soldadura por proyeccioacuten (RPW) La extensioacuten de la zona soldada se controla
mejor y se realizan varias soldaduras simultaacuteneamente con soacutelo un electrodo cuando
pequentildeos se estampan o acuntildean hoyuelos o proyecciones en una de las laacuteminas Cuando
se aplica la corriente las proyecciones se suavizan y se empujan de regreso a su lugar con
la presioacuten del electrodo a medida que se forma la pepita de soldadura (Fig 18- 1 5b) Las
proyecciones forjadas o maquinadas en cuerpos soacutelidos permiten soldarlos a una laacutemina o a
otro cuerpo soacutelido Una forma de la soldadura por proyeccioacuten se practica cuando se sueldan
por resistencia mallas formadas con alambres cruzados
Soldadura de costura por resistencia (RSEW) Una serie de soldaduras de punto
se hace mucho maacutes raacutepido a lo largo de una liacutenea si los electrodos tienen forma de rodillos
(Fig 18-15c) La corriente se enciende y se apaga en una sucesioacuten planeada
proporcionando espaciamiento uniforme de los puntos Cuando una corriente alterua
permanece activa se realiza la soldadura de un punto cada vez que la corriente alcanza su
valor pico y las soldaduras se espacian suficientemente cerca para producir una unioacuten
hermeacutetica a gas y liacutequido La soldadura de costura por resistencia es uno de los meacutetodos
para producir el cuerpo de una lata y se usa para la manufactura secciones de vigas y de
cajas En la soldadura de costura aplastada (Fig 18-1 5d) el traslape soacutelo es 1 0 2 veces el
espesor de la laacutemina y los rodillos soldadores aplican suficiente presioacuten para reducir la
costura cerca de 10 sobre los espesores de la laacutemina base Eacuteste es uno de los procesos que
se emplean para fabricar blancos a la medida
Soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) Una aplicacioacuten importante
de la soldadura por resistencia es en la manufactura de tubos tuberiacuteas miembros
estructurales y rines de ruedas Los tubos se forman con rodillo Y entonces la costura
longitudinal se realiza mediante soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) en la
que la corriente eleacutectrica se aplica por medio de electrodos deslizantes o rodantes (Fig 18-
16a) En la soldadura por induccioacuten de alta frecuencia (HF1W por sus siglas en ingleacutes) el
tubo es rodeado por una bobina de induccioacuten y la frecuencia de operacioacuten se eliacutege para
obtener la penetracioacuten oacuteptima las frecuencias mayores penetran a una profundidad menor
En ambas HFRW y FF1W existe una zona fundida y localizada formada que luego se
expulsa inmediatamente a traveacutes de compresioacuten Usualmente se recorta el exceso de metal
Soldadura por chispas y recalcado La soldadura por recalcado en general
significa la unioacuten de dos cuerpos al prensarlos juntos con una fuerza suficiente para causar
deformacioacuten En el sentido maacutes particular el teacutermino se aplica a la soldadura por
resistencia en la que igual que en la soldadura de puntos la presioacuten es aplicada antes de
activar la corriente En la actualidad estaacute mucho maacutes difundida la soldadura a tope por
chispas o soldadura por chispas (FW) en que la corriente se aplica durante la aproximacioacuten
de las dos partes de esta manera ocurre un calentamiento extremadamente raacutepido cuando
hacen contacto primero las irregularidades superficiales El metal fundido se expulsa
violentamente y se quema en el aire produciendo alguacuten arqueo de ahiacute el nombre de
chispas Se puede quemar una longitud sustancialpara asegurar una buena soldadura pero
todo el metal liacutequido es expulsado y la soldadurase forma recalcando las superficies
calientes soacutelidas de metal (Fig 1 8- 1 6b) (soldadura por recalcado UW) Asiacute la resistencia
de la unioacuten no es afectada por la presencia de residuos de metal de soldadura fundido Por
lo tanto el proceso se considera como una transicioacuten entre los procesos de fase liacutequida y los
de fase soacutelida Se produciraacute una buena soldadura soacutelo si la rapidez de aproximacioacuten la
corriente y el voltaje el viaje total y la presioacuten de recalcado son controlados
cuidadosamente Actualmente el control manual es reemplazado por el control adaptivo
automaacutetico El desplazamiento de metal crea una rebaba que debe eliminarse Las caras
extremas que se van a unir a menudo se achaflanan de manera que la fusioacuten se mueva
desde el centro hacia fuera para expulsar los contaminantes en la rebaba El
precalentamiento es posible al activar la corriente despueacutes que las caras fueron prensadas
juntas pero luego eacutestas se separan ligeramente para inducir chispas Para el calentamiento
uniforme ambas partes deben tener aacutereas iguales de seccioacuten transversal aunque su
composicioacuten puede ser diferente por ejemplo en la unioacuten de un vaacutestago de acero al bajo
carbono con una broca de una herramienta de HSS Las barras y secciones dobladas en
forma de anillos los tubos y las estructuras de laacutemina con frecuencia se sueldan extremo
con extremo este meacutetodo se usa ampliamente para unir las puntas de alambre y rollos de
laacutemina para permitir la operacioacuten continua de las liacuteneas de procesamiento
SOLDADURA CON ARCO ELEacuteCT RICO
La soldadura con arco eleacutectrico difiere de la soldadura por resistencia eleacutectrica en
que un arco sostenido genera el calor para fundir el material de la pieza de trabajo (y si se
utiliza la varilla de aporte) Los eventos se muestran mejor en el ejemplo de la soldadura
con arco de tungsteno y gas (GTAW)
Cuando el electrodo de tungsteno se conecta a la terminal negativa de una fuente de
poder (en modo de polaridad directa o de corriente directa de electrodo negativoDCEN) se
convierte en el caacutetodo la pieza de trabajo conectada a la terminal positivase transforma en
el aacutenodo (Fig 1 8- 1 7a) Un gas inerte protege a ambos electrodos El caacutetodo se calienta
con la corriente de soldado hasta que se alcanza lafuncioacuten de trabajo (la energiacutea necesaria
para desalojar los electrones) del tungsteno La emisioacuten inducida teacutermicamente
(termoioacutenica) crea una carga espacial (una nube de electrones) en la que los electrones
fluyen a la pieza de trabajo (aacutenodo) donde se genera la mayoriacutea del calor (el flujo de
electrones es responsable de 85 de la transferencia caloriacutefica) En el espacio entre la
punta del electrodo y la pieza de trabajo la alta temperatura ioniza un poco del gas los
electrones son desalojados y se forma un plasma conductor de la electricidad (una mezcla
neutra de electrones e iones positivos) La energiacutea de los electrones incidentes calienta la
pieza de trabajo La zona de la soldadura a menudo es profunda y angosta (Fig 1 8- 1 7b)
Cuando la polaridad se invierte con el electrodo conectado a la terminal positiva
(modo de polaridad invertida de o corriente directa de electrodo positivo DCEP) la pieza
de trabaj o se convierte en el caacutetodo La zona de la soldadura es maacutes amplia y menos
profunda (Fig 1 8- 1 7c) por lo tanto este modo de operacioacuten es maacutes adecuado para
material de calibre delgado que se quemariacutea completamente en el modo DCEN
La polaridad inversa tiene un efecto adicional las peliacuteculas de oacutexido en las superficies de
piezas de trabajo de Al y Mg son desalojadas de esta manera la superficie se puede
limpiar ya sea invirtiendo la polaridad brevemente en el modo DCEN o usando una
corriente CA (Fig 1 8- 1 7d)
Soldadura con electrodo no consumible
En estos procesos el electrodo no se funde y el metal de la soldadura es
suministrado por el flujo del metal base (soldadura autoacutegena) o para laacutemina gruesa (gt 3
mm de espesor) por medio de una varilla separada de material de aporte
Soldadura de tungsteno con arco eleacutectrico y gas (GTAW) Como se indicoacute el arco se
mantiene entre la pieza de trabajo y el electrodo de tungsteno protegido por un gas inerte
(de ahiacute el antiguo nombre de soldadura de tungsteno con gas inerte o soldadura TIG Fig I
S - I Sa) La atmoacutesfera protectora es provista por el argoacuten el cual tiene un potencial de
ionizacioacuten menor y por ello precisa menos voltaje (alrededor de 1 0 V) pero proporciona
un arco eleacutectrico menos caliente y una penetracioacuten menos profunda que el helio La
polaridad es DCEN excepto para Al y Mg donde la CA es uacutetil para quitar el oacutexido Para
producir el arco eleacutectrico la emisioacuten de electrones y la ionizacioacuten del gas se inician
retirando el electrodo de la superficie de trabajo de manera controlada o con la ayuda de un
arco iniciador Una corriente de alta frecuencia superpuesta a la corriente alterna o directa
de soldado ayuda a comenzar el arco y tambieacuten lo estabiliza Las operaciones tanto
manuales como automaacuteticas son posibles El proceso exige una habilidad considerable
pero produce soldaduras de muy alta calidad en casi cualquier material en cualquier
posicioacuten de soldado y tambieacuten en calibres delgados (menores de 6 mm) La zona de la
soldadura es visible y no hay chisporroteo de soldadura o formacioacuten de escoria aunque las
partiacuteculas del electrodo pueden entrar a la soIacutedadura si el electrodo se sobrecalienta o toca
el bantildeo de soldadura
Soldadura con arco de plasma (PAW) Si el arco y dentro de eacutel el plasma es
restringido por un orificio la intensidad caloriacutefica se eleva (pig I S- 1 8b) Primero el arco
se produce entre el electrodo y la boquilla aplicando un voltaje de alta frecuencia Luego se
acerca el soplete a la pieza de trabajo (meacutetodo de operacioacuten de arco de plasma transferido)
A densidades bajas de corriente en el modo fusioacuten interna la zona de la soldadura es
similar en forma a la soldadura con arco a altas densidades de corriente el modo de
agujero de cerradura (Pig lS-1 8b) prevalece y el metal resolidifica atraacutes del haz de plasma
moacutevil En la teacutecnica de arco no transferido la boquilla de constriccioacuten es conectada a la
terminal positiva el arco se produce entre el electrodo y la boquilla y calienta la pieza de
trabajo por radiacioacuten Esta teacutecnica tambieacuten se utiliza para el rociacuteo de plasma (recubrimiento
de superficies La PAW es particularmente uacutetil para la soldadura de laacuteminas delgadas El
tamantildeo pequentildeo de la zona requiere control cuidadoso de la trayectoria Se practican las
formas manual y mecaacutenica y el metal de aporte se puede usar si se necesita un suministro
extra de material
La soldadura con arco de carbono (CAW) Fue la precursora de los procesos
actuales de electrodo no consumible El arco es producido entre la pieza de trabajo y un
electrodo de carbono o entre dos electrodos de carbono
Soldadura con electrodo consumible
En este grupo de procesos el electrodo consumible es un metal que se funde para
hacerse parte del cordoacuten de soldadura A menudo su composicioacuten es diferente de la de los
metales base y se pueden encontrar recomendaciones en los trabajos de referencia citados al
final de este capiacutetulo La zona de la soldadura estaacute protegida por un gas o un fundente
Soldadura con arco metaacutelico y gas (GMAW) El electrodo metaacutelico consumible alimentado
por medio de la pistola para soldar estaacute protegido por un gas inerte de ahiacute el viejo
acroacutenimo soldadura MIG (metal-gas inerte) (Fig 18-18c) Es adecuada para la mayoriacutea de
los metales Igual que con la GTAW no se forma escoria y se pueden acumular varias
capas con poca o ninguna limpieza intermedia El argoacuten es un gas adecuado para todos los
materiales algunas veces se prefiere helio --debido a su mayor potencial de ionizacioacuten y
por lo tanto mayor rapidez de generacioacuten de calor- para la soldadura de aluminio y cobre
el Ar con entre 2 y 30 de CO2 o CO2 puro generalmente se emplea para aceros al carbono
tambieacuten se estaacuten introduciendo los gases especiales adaptados para tareas especiacuteficas
Normalmente el electrodo se conecta a la terminal positiva (DCEP o polaridad invertida)
La densidad de corriente es el determinante principal del modo de transferencia de metal
Para una baja corriente de soldado ocurre una transferencia por cortocircuito el electrodo
toca la pieza de trabajo la corriente aumenta la punta del alambre se funde y se transfiere
una gotita El gas protector es elegido para minimizar la salpicadura (C02 para el acero Ar-
He para metales no ferrosos) A mayores intensidades de corriente (y con CO2 casi
siempre) prevalece la transferencia globular las partiacuteculas maacutes grandes que el electrodo
caen por gravedad La gota se debe separar antes que llegue al charco de soldadura y soacutelo
es posible la soldadura horizontal Por encima de una densidad criacutetica de corriente el metal
es transferido en un rociacuteo fino (transferencia por rociacuteo) mediante las fuerzas del arco de ahiacute
que se puedan utilizar todas las posiciones de soldadura Se obtienen soldaduras maacutes
consistentes con el uso de corriente pulsante de soldadura una corriente baja de fondo
mantiene el arco y la transferencia de metal ocurre cuando los impulsos de la corriente
exceden el nivel requerido para la transferencia por rociacuteo El gas de proteccioacuten es Ar o una
mezcla de eacutel En una variante se alimenta alambre en un soplete de plasma (soldadura MIG
de plasma) El electrodo de alambre se suministra en longitudes grandes enrolladas que
permiten soldaduras continuas en cualquier posicioacuten de soldado En la soldadura
semiautomaacutetica el soldador guiacutea la pistola y ajusta los paraacutemetros del proceso en la
soldadura automaacutetica todas las funciones son asumidas por la maacutequina de soldar o robot
La soldadura en el sitio puede ser difiacutecil porque las corrientes de aire soplan el gas protector
lejos de la zona de soldadura
Soldadura con arco metaacutelico protegido (SMAW) De nuevo el arco se produce entre
el alambre o varilla de aporte y las piezas que se van a unir (Fig 1 8- 1 9a) pero ahora la
proteccioacuten es suministrada por un recubrimiento aplicado al exterior del alambre de aporte
(electrodo recubierto) El recubrimiento cumple varias funciones su combustioacuten y
descomposicioacuten con el calor del arco crea una atmoacutesfera protectora la fusioacuten del
recubrimiento proporciona una cubierta de escoria fundida sobre la soldadura el contenido
de Na o K del recubrimiento se ioniza faacutecilmente para estabilizar el arco Tambieacuten se
pueden introducir elementos aleantes desde el recubrimiento La eleccioacuten del electrodo (que
tambieacuten determina la polaridad) es criacutetica para el eacutexito Durante la soldadura el electrodo
se funde a una rapidez de aproximadamente 250 mmmin mientras que el recubrimiento se
funde para formar una escoria que se debe eliminar si se requiere maacutes de una pasada para
acumular el espesor completo de la soldadura Corno el recubrimiento es fraacutegil se usan
varillas rectas tiacutepicamente de 450 mm de longitud haciendo a este proceso adecuado soacutelo
para la operacioacuten manual con una rapidez relativamente lenta pero auacuten a bajo costo El
proceso es versaacutetil y adecuado para la aplicacioacuten en campo aunque precisa de una
habilidad considerable1048801 Es posible el soldado en todas las posiciones incluyendo el
realizado por arriba de la cabeza si el metal y la escoria solidifican suficientemente raacutepido
Soldadura de arco con nuacutecleo fundente (FCAW) Baacutesicamente se obtiene el mismo
resultado pero una penetracioacuten maacutes profunda con el fundente dentro de un tubo El alambre
para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automaacutetica continua Algunas
veces se proporciona una proteccioacuten adicional con un gas entonces el proceso se parece a
la soldadura con arco metaacutelico y gas
Soldadura de arco sumergido (SAW) Ahora el electrodo consumible es alambre de
aporte sin recubrimiento y la zona de la soldadura estaacute protegida por un fundente granular
suministrado independientemente desde un alimentador (Fig 1 8- 1 9b) en una capa gruesa
que cubre el arco El fundente protege el arco permite alta corriente y gran profundidad de
penetracioacuten asegura alta eficiencia actuacutea corno desoxidante y depurador y puede contener
elementos aleantes de polvo de metal La SAW es primordialmente un proceso automaacutetico
de soldadura con elevada rapidez de deposicioacuten Los electrodos en tandem sirven para
depositar grandes cantidades de material de aporte La posicioacuten de la soldadura debe ser
horizontal de esta manera es adecuada para tuberiacuteas de acero cilindros y tambieacuten para
soldaduras circulares si se gira la pieza de trabajo La soldadura de arco sumergido doble
(con una soldadura desde el interior y otra desde el exterior) se emplea para fabricar
tuberiacuteas soldadas en espiral Tambieacuten se puede usar con robots soldadores con la pieza de
trabajo manipulada en posiciones apropiadas
Soldadura con electroescoria (ESW) El proceso se utiliza ampliamente para soldar
uniones verticales en placas y estructuras gruesas (25 mm o maacutes) como plataformas de
perforacioacuten de petroacuteleo puentes barcos y marcos de prensas y molinos de laminacioacuten El
alambre del electrodo es alimentado a un bantildeo de escoria fundida (Fig 1 8 - 1 9c)
inicialmente se produce un arco pero luego se apaga debido a la escoria y el calor de la
fusioacuten es suministrado por el calentamiento por resistencia en la escoria Zapatas (represas)
de cobre enfriados con agua cierran el espacio entre las piezas que se van a soldar para
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
extensioacuten y rompimiento de las peliacuteculas superficiales La unioacuten se puede evitar localmente
depositando un agente de separacioacuten (aislamiento) como grafito o un ceraacutemico en un
patroacuten predeterminado Luego la inflacioacuten por aire o fluido presurizado produce piezas
como las placas del evaporador del refrigerador (Fig 18-4d)
4 En la soldadura por explosioacuten (EXW) la unioacuten se establece a traveacutes de la deformacioacuten
intensa de la interfase Una esterilla explosiva se coloca encima de la laacutemina o placa de
revestimiento (la placa moacutevil) mantenida a una distancia criacutetica de la superficie del
material base (Fig 18-5a) Cuando el explosivo es detonado desde un extremo la presioacuten
desarrollada acelera la placa moacutevil en un aacutengulo respecto a la superficie Bajo la intensa
presioacuten se forma un chorro fluido que expulsa los contaminantes superficiales el flujo
turbulento resulta en la formacioacuten de remolinos agudos o voacutertices en la interfase (Fig 18-
5b) En muchos casos no hay fusioacuten pero la combinacioacuten de la adhesioacuten y del entrelazado
mecaacutenico asegura una unioacuten fuerte La teacutecnica se utiliza para revestir placas grandes para la
industria quiacutemica y tambieacuten para la expansioacuten in situ de tubos para formar los cabezales de
calderas y condensadores tubulares
5 En la soldadura ultrasoacutenica (USW) se induce un movimiento relativo de la interfase
mediante vibracioacuten tangencial (Fig l8-5e) No hay deformacioacuten extensa y el proceso es
adecuado para la soldadura de traslapo de hojas y de instrumentos delicados y componentes
electroacutenicos Cuando la punta de soldadura es reemplazada por un rodillo se pueden
producir soldaduras de costura
Soldadura por difusioacuten
La soldadura por difusioacuten (DFW) no es nueva por siglos los joyeros han rellenado
oro colocando hojas de recubrimiento sobre un nuacutecleo de plata o de cobre y comprimiendo
el laminado con una pesa (Fig 18-6a) Al mantenerlo en un horno por un tiempo
prolongado se obtiene una unioacuten permanente La presioacuten requerida tambieacuten se puede
generar en una prensa o restringiendo el ensamble con un aditamento hecho de un material
de menor dilatacioacuten (frecuentemente molibdeno) Tambieacuten se usa el teacutermino soldadura en
caliente por presioacuten (HPW)
En la deacutecada de los 70 la teacutecnica se extendioacute a la construccioacuten de fuselajes La
deformacioacuten simultaacutenea ayuda en gran medida al desarrollo de una unioacuten soacutelida por lo
tanto la soldadura por difusioacuten combinada con el formado super plaacutestico (Fig 18-6d) ha
demostrado ser muy exitosa Usando dos tres o cuatro laacuteminas se imprimen patrones con
un aislamiento de nitruro de boro El ensamble se coloca en una caja evacuada (retorta)
mantenida en una prensa y se forman superficies integrales mientras son sopladas las
cavidades
Como el titanio disuelve sus oacutexidos Y las aleaciones como Ti6AI-4V tienen el
pequentildeo tamantildeo de grano necesario para el formado superplaacutestico aun sin procesamiento
especial las aleaciones de titanio son naturales para la teacutecnica Es factible la consolidacioacuten
de piezas a gran escala Por ejemplo en las aeronaves de alto rendimiento como los
aeroplanos caza supersoacutenicos el fuselaje se construye de un revestimiento delgado
reforzado con nervaduras de complejidad considerable
Convencionalmente las piezas de laacutemina metaacutelica las extrusiones y las placas con
cavidades fresadas se unen con miles de remaches La unioacuten por difusioacuten con formado
superplaacutestico reduce el nuacutemero de piezas la mano de obra el tiempo de entrega y el costo
Al aplicar las teacutecnicas a las aleaciones de aluminio la deformacioacuten es vital para romper el
oacutexido estable y fraacutegil
La soldadura por difusioacuten tambieacuten se aplica a la manufactura de compuestos de
matriz metaacutelica (por ejemplo titanio o aluminio reforzado con fibra de boro) Cuando la
unioacuten no ocurra debido a la falta de solubilidad o resulte en la formacioacuten de un compuesto
intermetaacutelico fraacutegil se pueden usar capas intercaladas que sean mutuamente solubles en
forma de hojas o laacuteminas delgadas Por ejemplo las superaleaciones se unen despueacutes de
electrochapar con una aleacioacuten de Ni-Co
Soldadura en caliente
En teacuterminos generales el concepto soldadura en caliente describe la soldadura por
deformacioacuten en el rango de temperatura de trabajo en caliente
1 La soldadura forjada (FOW ) se refiere al proceso de soldadura industrial maacutes
antiguo El enlace se crea por medio de la deformacioacuten local sustancial de la unioacuten Las
piezas de trabajo calientes y preformadas usualmente de hierro o acero se forjan juntas
para expulsar los oacutexidos la escoria y los contaminantes y para asegurar el enlace
interatoacutemico (Fig 18-7a) La teacutecnica se empleaba no soacutelo para unir (por ejemplo forjado
de eslabones de cadena) sino tambieacuten para la soldadura de tubos y para formar capa por
capa espadas medievales e incluso objetos muy grandes como anclas Es posible la
soldadura forjada en que los extremos de las piezas de trabajo se prensan juntos axialmente
(soldadura a tope) pero la calidad de la junta tiende a ser pobre
2 En las variantes maacutes recientes del proceso el calor es proporcionado a traveacutes del
calentamiento por induccioacuten para minimizar la oxidacioacuten (Hg 18-7b) Mucho menos
deformacioacuten es suficiente por lo tanto es practicable la soldadura a tope de las piezas de
trabajo
3 El calor tambieacuten se puede generar pasando una corriente a traveacutes de las caras
comprimidas (Fig 18-7c) Actualmente la soldadura eleacutectrica a tope se ha reemplazado en
gran medida por la soldadura a tope por chispas
4 La unioacuten en caliente por rodillos (soldadura laminada ROW la versioacuten a alta
temperatura de la Fig 18-4c) se utiliza ampliamente para crear materiales compuestos de
bajo costo o alto rendimiento Asiacute el Alelad combina la resistencia a la corrosioacuten de un
revestimiento de aluminio puro con la alta resistencia de un nuacutecleo de aluminio endurecido
por precipitacioacuten Se emplea acero inoxidable para revestir acero dulce para proteccioacuten
contra la corrosioacuten y las aleaciones de diferente coeficiente de dilatacioacuten teacutermica se unen
para crear cintas bimetaacutelicas para termostatos El laminado que consiste de una placa base
y de laacuteminas de cubierta es encerrado y evacuado si se debe evitar la oxidacioacuten
Soldadura por friccioacuten (FRW)
El trabajo de friccioacuten generado cuando dos cuerpos se deslizan uno sobre otro se
transforma en calor cuando la rapidez del deslizamiento es alta y el calor es contenido en
una zona angosta ocurre la soldadura
En la FRW de accionamiento continuo (Hg 18-8a) una pieza se sujeta firmemente
mientras la otra (usualmente de simetriacutea axial) es girada bajo la aplicacioacuten simultaacutenea de
presioacuten axial La temperatura se incrementa las zonas soldadas parcialmente formadas se
cortan las peliacuteculas superficiales se rompen repentinamente la rotacioacuten se detiene y una
fuerza adicional de recalcado es aplicada cuando toda la superficie se suelda Algo del
material suavizado es expulsado corno rebaba pero no estaacute completamente claro si en
realidad ocurre la fusioacuten La zona calentada es muy delgada asiacute que losmiddot metales disiacutemiles
se unen faacutecilmente En la FRW de accionamiento por inercia la rotacioacuten es impartida por
un volante de inercia cuya energiacutea se calcula de manera que la soldadura sea completada
cuando la rotacioacuten se detiene
SOLDADURA POR FUSIOacuteN
En la gran mayoriacutea de las aplicaciones el enlace interatoacutemico se establece por
fusioacuten Cuando los materiales de la pieza de trabajo (metal base) y el metal de aporte (si es
que se usa) tienen composiciones y puntos de fusioacuten similares pero no necesariamente
ideacutenticos al proceso se le denomina soldadura por fusioacuten o simplemente soldadura
La soldadura estaacute muy relacionada con los procesos de fundicioacuten Se suministra
calor para fundir el metal base y el de aporte La fusioacuten es contenida fiacutesicamente en la zona
de fusioacuten donde por medio de su contacto con el metal base circundante de alta
conductividad teacutermica se enfriacutea raacutepidamente (tiacutepicamente a decenas de cientos de grados
por segundo) De esta manera la rapidez de enfriamiento estaacute entre la que predomina en la
fundicioacuten en molde permanente y en la atomizacioacuten el control adecuado requiere una
familiaridad completa con la metalurgia de no equilibrio
SOLDADURA POR RESISTENCIA
La soldadura por resistencia representa de alguna forma una transicioacuten de la
soldadura en estado soacutelido a soldadura por fusioacuten Las dos piezas por unirse se prensan en
conjunto y se pasa una corriente alterna por la zona de contacto Si se aplica la presioacuten
correcta esta zona presentaraacute la mayor resistencia en el circuito eleacutectrico y alliacute se
concentraraacuten las peacuterdidas de potencia La energiacutea se convierte en calor La corriente se deja
activa hasta que ocurre la fusioacuten en la interfase entre las dos piezas y la presioacuten se
mantiene hasta que la soldadura solidifica De acuerdo con la ley de Joule el calor
generado (en joules) es
donde 1 es la corriente (A) R la resistencia (n) y t la duracioacuten de la aplicacioacuten de la
corriente en segundos El voltaje puede ser bajo tiacutepicamente de 05 a 10 V pero las
corrientes pueden ser muy altas (como ejemplos veacutease la Fig 18-15)
Como el calor se debe concentrar en la zona de soldadura la resistencia fuera de ella
debe ser baja especialmente en los puntos donde la corriente es suministrada a las piezas de
trabajo por medio de electrodos Los materiales de alta conductividad teacutermica y alto calor
especiacutefico (como el aluminio o el cobre) exigen corrientes muy elevadas para evitar la
disipacioacuten del calor
La limpieza de la superficie es importante pero no tan vital como en las uniones de
estado soacutelido pues los contaminantes son expulsados de la fusioacuten No obstante las
escamas las peliacuteculas gruesas de aceite y la pintura deben ser eliminados aunque una
preparacioacuten de la superficie relativamente sencilla es adecuada y tambieacuten es factible soldar
el acero recubierto de zinc El control de la calidad es sumamente importante Las
soldaduras se prueban destructivamente para establecer los paraacutemetros oacuteptimos del proceso
despueacutes la inspeccioacuten incluye teacutecnicas de medicioacuten de la temperatura de la superficie (a
partir de la cual se extrapolan las temperaturas de la zona de soldadura) ultrasoacutenicas y de
emisioacuten acuacutestica Son posibles el control de circuito cerrado y el adaptivo
Soldadura de puntos por resistencia (RSW) Debido a la amplia difusioacuten de la
aplicacioacuten de piezas de laacutemina metaacutelica la soldadura de puntos por resistencia ha adquirido
una posicioacuten prominente desde la sujecioacuten de asas de artiacuteculos de cocina hasta el ensamble
de carroceriacuteas completas de automoacuteviles (hay varios miles de soldaduras de punto por cada
automoacutevil) Dos electrodos normalmente enfriados por agua presionan juntas dos laacuteminas
(Fig 18-15a) Los electrodos estaacuten hechos de materiales de alta conductividad y elevada
resistencia en caliente como el cobre con algunas adiciones de Cd Cr o Be o aleaciones
de cobre-tungsteno o molibdeno Entonces la corriente se aplica durante un nuacutemero
predeterminado de ciclos (en la industria automotriz l O a 30 ciclos para una corriente de
60 Hz) despueacutes de lo cual la interfaz se calienta y en una fraccioacuten de segundo se forma una
zona fundida (pepita de soldadura) La presioacuten se libera soacutelo despueacutes que l a corriente ha
sido desconectada y que la pepita ha solidificado La superficie de la laacutemina presenta una
ligera depresioacuten y decoloracioacuten Los electrodos pueden incorporarse en una maacutequina fija o
en una pistola portaacutetil de soldador Se emplean electrodos muacuteltiples (algunas veces cientos)
para la soldadura de ensambles grandes con grupos de electrodos puestos en contacto en
una secuencia programada Una serie de soldaduras puede realizarse con precisioacuten y en una
raacutepida sucesioacuten mediante robots soldadores La calidad de la soldadura se asegura con
mediciones durante el proceso basadas por ejemplo en el cambio de la resistencia
mientras se forma la pepita o en la emisioacuten acuacutestica que ocurre durante la expulsioacuten de
metal
Soldadura por proyeccioacuten (RPW) La extensioacuten de la zona soldada se controla
mejor y se realizan varias soldaduras simultaacuteneamente con soacutelo un electrodo cuando
pequentildeos se estampan o acuntildean hoyuelos o proyecciones en una de las laacuteminas Cuando
se aplica la corriente las proyecciones se suavizan y se empujan de regreso a su lugar con
la presioacuten del electrodo a medida que se forma la pepita de soldadura (Fig 18- 1 5b) Las
proyecciones forjadas o maquinadas en cuerpos soacutelidos permiten soldarlos a una laacutemina o a
otro cuerpo soacutelido Una forma de la soldadura por proyeccioacuten se practica cuando se sueldan
por resistencia mallas formadas con alambres cruzados
Soldadura de costura por resistencia (RSEW) Una serie de soldaduras de punto
se hace mucho maacutes raacutepido a lo largo de una liacutenea si los electrodos tienen forma de rodillos
(Fig 18-15c) La corriente se enciende y se apaga en una sucesioacuten planeada
proporcionando espaciamiento uniforme de los puntos Cuando una corriente alterua
permanece activa se realiza la soldadura de un punto cada vez que la corriente alcanza su
valor pico y las soldaduras se espacian suficientemente cerca para producir una unioacuten
hermeacutetica a gas y liacutequido La soldadura de costura por resistencia es uno de los meacutetodos
para producir el cuerpo de una lata y se usa para la manufactura secciones de vigas y de
cajas En la soldadura de costura aplastada (Fig 18-1 5d) el traslape soacutelo es 1 0 2 veces el
espesor de la laacutemina y los rodillos soldadores aplican suficiente presioacuten para reducir la
costura cerca de 10 sobre los espesores de la laacutemina base Eacuteste es uno de los procesos que
se emplean para fabricar blancos a la medida
Soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) Una aplicacioacuten importante
de la soldadura por resistencia es en la manufactura de tubos tuberiacuteas miembros
estructurales y rines de ruedas Los tubos se forman con rodillo Y entonces la costura
longitudinal se realiza mediante soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) en la
que la corriente eleacutectrica se aplica por medio de electrodos deslizantes o rodantes (Fig 18-
16a) En la soldadura por induccioacuten de alta frecuencia (HF1W por sus siglas en ingleacutes) el
tubo es rodeado por una bobina de induccioacuten y la frecuencia de operacioacuten se eliacutege para
obtener la penetracioacuten oacuteptima las frecuencias mayores penetran a una profundidad menor
En ambas HFRW y FF1W existe una zona fundida y localizada formada que luego se
expulsa inmediatamente a traveacutes de compresioacuten Usualmente se recorta el exceso de metal
Soldadura por chispas y recalcado La soldadura por recalcado en general
significa la unioacuten de dos cuerpos al prensarlos juntos con una fuerza suficiente para causar
deformacioacuten En el sentido maacutes particular el teacutermino se aplica a la soldadura por
resistencia en la que igual que en la soldadura de puntos la presioacuten es aplicada antes de
activar la corriente En la actualidad estaacute mucho maacutes difundida la soldadura a tope por
chispas o soldadura por chispas (FW) en que la corriente se aplica durante la aproximacioacuten
de las dos partes de esta manera ocurre un calentamiento extremadamente raacutepido cuando
hacen contacto primero las irregularidades superficiales El metal fundido se expulsa
violentamente y se quema en el aire produciendo alguacuten arqueo de ahiacute el nombre de
chispas Se puede quemar una longitud sustancialpara asegurar una buena soldadura pero
todo el metal liacutequido es expulsado y la soldadurase forma recalcando las superficies
calientes soacutelidas de metal (Fig 1 8- 1 6b) (soldadura por recalcado UW) Asiacute la resistencia
de la unioacuten no es afectada por la presencia de residuos de metal de soldadura fundido Por
lo tanto el proceso se considera como una transicioacuten entre los procesos de fase liacutequida y los
de fase soacutelida Se produciraacute una buena soldadura soacutelo si la rapidez de aproximacioacuten la
corriente y el voltaje el viaje total y la presioacuten de recalcado son controlados
cuidadosamente Actualmente el control manual es reemplazado por el control adaptivo
automaacutetico El desplazamiento de metal crea una rebaba que debe eliminarse Las caras
extremas que se van a unir a menudo se achaflanan de manera que la fusioacuten se mueva
desde el centro hacia fuera para expulsar los contaminantes en la rebaba El
precalentamiento es posible al activar la corriente despueacutes que las caras fueron prensadas
juntas pero luego eacutestas se separan ligeramente para inducir chispas Para el calentamiento
uniforme ambas partes deben tener aacutereas iguales de seccioacuten transversal aunque su
composicioacuten puede ser diferente por ejemplo en la unioacuten de un vaacutestago de acero al bajo
carbono con una broca de una herramienta de HSS Las barras y secciones dobladas en
forma de anillos los tubos y las estructuras de laacutemina con frecuencia se sueldan extremo
con extremo este meacutetodo se usa ampliamente para unir las puntas de alambre y rollos de
laacutemina para permitir la operacioacuten continua de las liacuteneas de procesamiento
SOLDADURA CON ARCO ELEacuteCT RICO
La soldadura con arco eleacutectrico difiere de la soldadura por resistencia eleacutectrica en
que un arco sostenido genera el calor para fundir el material de la pieza de trabajo (y si se
utiliza la varilla de aporte) Los eventos se muestran mejor en el ejemplo de la soldadura
con arco de tungsteno y gas (GTAW)
Cuando el electrodo de tungsteno se conecta a la terminal negativa de una fuente de
poder (en modo de polaridad directa o de corriente directa de electrodo negativoDCEN) se
convierte en el caacutetodo la pieza de trabajo conectada a la terminal positivase transforma en
el aacutenodo (Fig 1 8- 1 7a) Un gas inerte protege a ambos electrodos El caacutetodo se calienta
con la corriente de soldado hasta que se alcanza lafuncioacuten de trabajo (la energiacutea necesaria
para desalojar los electrones) del tungsteno La emisioacuten inducida teacutermicamente
(termoioacutenica) crea una carga espacial (una nube de electrones) en la que los electrones
fluyen a la pieza de trabajo (aacutenodo) donde se genera la mayoriacutea del calor (el flujo de
electrones es responsable de 85 de la transferencia caloriacutefica) En el espacio entre la
punta del electrodo y la pieza de trabajo la alta temperatura ioniza un poco del gas los
electrones son desalojados y se forma un plasma conductor de la electricidad (una mezcla
neutra de electrones e iones positivos) La energiacutea de los electrones incidentes calienta la
pieza de trabajo La zona de la soldadura a menudo es profunda y angosta (Fig 1 8- 1 7b)
Cuando la polaridad se invierte con el electrodo conectado a la terminal positiva
(modo de polaridad invertida de o corriente directa de electrodo positivo DCEP) la pieza
de trabaj o se convierte en el caacutetodo La zona de la soldadura es maacutes amplia y menos
profunda (Fig 1 8- 1 7c) por lo tanto este modo de operacioacuten es maacutes adecuado para
material de calibre delgado que se quemariacutea completamente en el modo DCEN
La polaridad inversa tiene un efecto adicional las peliacuteculas de oacutexido en las superficies de
piezas de trabajo de Al y Mg son desalojadas de esta manera la superficie se puede
limpiar ya sea invirtiendo la polaridad brevemente en el modo DCEN o usando una
corriente CA (Fig 1 8- 1 7d)
Soldadura con electrodo no consumible
En estos procesos el electrodo no se funde y el metal de la soldadura es
suministrado por el flujo del metal base (soldadura autoacutegena) o para laacutemina gruesa (gt 3
mm de espesor) por medio de una varilla separada de material de aporte
Soldadura de tungsteno con arco eleacutectrico y gas (GTAW) Como se indicoacute el arco se
mantiene entre la pieza de trabajo y el electrodo de tungsteno protegido por un gas inerte
(de ahiacute el antiguo nombre de soldadura de tungsteno con gas inerte o soldadura TIG Fig I
S - I Sa) La atmoacutesfera protectora es provista por el argoacuten el cual tiene un potencial de
ionizacioacuten menor y por ello precisa menos voltaje (alrededor de 1 0 V) pero proporciona
un arco eleacutectrico menos caliente y una penetracioacuten menos profunda que el helio La
polaridad es DCEN excepto para Al y Mg donde la CA es uacutetil para quitar el oacutexido Para
producir el arco eleacutectrico la emisioacuten de electrones y la ionizacioacuten del gas se inician
retirando el electrodo de la superficie de trabajo de manera controlada o con la ayuda de un
arco iniciador Una corriente de alta frecuencia superpuesta a la corriente alterna o directa
de soldado ayuda a comenzar el arco y tambieacuten lo estabiliza Las operaciones tanto
manuales como automaacuteticas son posibles El proceso exige una habilidad considerable
pero produce soldaduras de muy alta calidad en casi cualquier material en cualquier
posicioacuten de soldado y tambieacuten en calibres delgados (menores de 6 mm) La zona de la
soldadura es visible y no hay chisporroteo de soldadura o formacioacuten de escoria aunque las
partiacuteculas del electrodo pueden entrar a la soIacutedadura si el electrodo se sobrecalienta o toca
el bantildeo de soldadura
Soldadura con arco de plasma (PAW) Si el arco y dentro de eacutel el plasma es
restringido por un orificio la intensidad caloriacutefica se eleva (pig I S- 1 8b) Primero el arco
se produce entre el electrodo y la boquilla aplicando un voltaje de alta frecuencia Luego se
acerca el soplete a la pieza de trabajo (meacutetodo de operacioacuten de arco de plasma transferido)
A densidades bajas de corriente en el modo fusioacuten interna la zona de la soldadura es
similar en forma a la soldadura con arco a altas densidades de corriente el modo de
agujero de cerradura (Pig lS-1 8b) prevalece y el metal resolidifica atraacutes del haz de plasma
moacutevil En la teacutecnica de arco no transferido la boquilla de constriccioacuten es conectada a la
terminal positiva el arco se produce entre el electrodo y la boquilla y calienta la pieza de
trabajo por radiacioacuten Esta teacutecnica tambieacuten se utiliza para el rociacuteo de plasma (recubrimiento
de superficies La PAW es particularmente uacutetil para la soldadura de laacuteminas delgadas El
tamantildeo pequentildeo de la zona requiere control cuidadoso de la trayectoria Se practican las
formas manual y mecaacutenica y el metal de aporte se puede usar si se necesita un suministro
extra de material
La soldadura con arco de carbono (CAW) Fue la precursora de los procesos
actuales de electrodo no consumible El arco es producido entre la pieza de trabajo y un
electrodo de carbono o entre dos electrodos de carbono
Soldadura con electrodo consumible
En este grupo de procesos el electrodo consumible es un metal que se funde para
hacerse parte del cordoacuten de soldadura A menudo su composicioacuten es diferente de la de los
metales base y se pueden encontrar recomendaciones en los trabajos de referencia citados al
final de este capiacutetulo La zona de la soldadura estaacute protegida por un gas o un fundente
Soldadura con arco metaacutelico y gas (GMAW) El electrodo metaacutelico consumible alimentado
por medio de la pistola para soldar estaacute protegido por un gas inerte de ahiacute el viejo
acroacutenimo soldadura MIG (metal-gas inerte) (Fig 18-18c) Es adecuada para la mayoriacutea de
los metales Igual que con la GTAW no se forma escoria y se pueden acumular varias
capas con poca o ninguna limpieza intermedia El argoacuten es un gas adecuado para todos los
materiales algunas veces se prefiere helio --debido a su mayor potencial de ionizacioacuten y
por lo tanto mayor rapidez de generacioacuten de calor- para la soldadura de aluminio y cobre
el Ar con entre 2 y 30 de CO2 o CO2 puro generalmente se emplea para aceros al carbono
tambieacuten se estaacuten introduciendo los gases especiales adaptados para tareas especiacuteficas
Normalmente el electrodo se conecta a la terminal positiva (DCEP o polaridad invertida)
La densidad de corriente es el determinante principal del modo de transferencia de metal
Para una baja corriente de soldado ocurre una transferencia por cortocircuito el electrodo
toca la pieza de trabajo la corriente aumenta la punta del alambre se funde y se transfiere
una gotita El gas protector es elegido para minimizar la salpicadura (C02 para el acero Ar-
He para metales no ferrosos) A mayores intensidades de corriente (y con CO2 casi
siempre) prevalece la transferencia globular las partiacuteculas maacutes grandes que el electrodo
caen por gravedad La gota se debe separar antes que llegue al charco de soldadura y soacutelo
es posible la soldadura horizontal Por encima de una densidad criacutetica de corriente el metal
es transferido en un rociacuteo fino (transferencia por rociacuteo) mediante las fuerzas del arco de ahiacute
que se puedan utilizar todas las posiciones de soldadura Se obtienen soldaduras maacutes
consistentes con el uso de corriente pulsante de soldadura una corriente baja de fondo
mantiene el arco y la transferencia de metal ocurre cuando los impulsos de la corriente
exceden el nivel requerido para la transferencia por rociacuteo El gas de proteccioacuten es Ar o una
mezcla de eacutel En una variante se alimenta alambre en un soplete de plasma (soldadura MIG
de plasma) El electrodo de alambre se suministra en longitudes grandes enrolladas que
permiten soldaduras continuas en cualquier posicioacuten de soldado En la soldadura
semiautomaacutetica el soldador guiacutea la pistola y ajusta los paraacutemetros del proceso en la
soldadura automaacutetica todas las funciones son asumidas por la maacutequina de soldar o robot
La soldadura en el sitio puede ser difiacutecil porque las corrientes de aire soplan el gas protector
lejos de la zona de soldadura
Soldadura con arco metaacutelico protegido (SMAW) De nuevo el arco se produce entre
el alambre o varilla de aporte y las piezas que se van a unir (Fig 1 8- 1 9a) pero ahora la
proteccioacuten es suministrada por un recubrimiento aplicado al exterior del alambre de aporte
(electrodo recubierto) El recubrimiento cumple varias funciones su combustioacuten y
descomposicioacuten con el calor del arco crea una atmoacutesfera protectora la fusioacuten del
recubrimiento proporciona una cubierta de escoria fundida sobre la soldadura el contenido
de Na o K del recubrimiento se ioniza faacutecilmente para estabilizar el arco Tambieacuten se
pueden introducir elementos aleantes desde el recubrimiento La eleccioacuten del electrodo (que
tambieacuten determina la polaridad) es criacutetica para el eacutexito Durante la soldadura el electrodo
se funde a una rapidez de aproximadamente 250 mmmin mientras que el recubrimiento se
funde para formar una escoria que se debe eliminar si se requiere maacutes de una pasada para
acumular el espesor completo de la soldadura Corno el recubrimiento es fraacutegil se usan
varillas rectas tiacutepicamente de 450 mm de longitud haciendo a este proceso adecuado soacutelo
para la operacioacuten manual con una rapidez relativamente lenta pero auacuten a bajo costo El
proceso es versaacutetil y adecuado para la aplicacioacuten en campo aunque precisa de una
habilidad considerable1048801 Es posible el soldado en todas las posiciones incluyendo el
realizado por arriba de la cabeza si el metal y la escoria solidifican suficientemente raacutepido
Soldadura de arco con nuacutecleo fundente (FCAW) Baacutesicamente se obtiene el mismo
resultado pero una penetracioacuten maacutes profunda con el fundente dentro de un tubo El alambre
para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automaacutetica continua Algunas
veces se proporciona una proteccioacuten adicional con un gas entonces el proceso se parece a
la soldadura con arco metaacutelico y gas
Soldadura de arco sumergido (SAW) Ahora el electrodo consumible es alambre de
aporte sin recubrimiento y la zona de la soldadura estaacute protegida por un fundente granular
suministrado independientemente desde un alimentador (Fig 1 8- 1 9b) en una capa gruesa
que cubre el arco El fundente protege el arco permite alta corriente y gran profundidad de
penetracioacuten asegura alta eficiencia actuacutea corno desoxidante y depurador y puede contener
elementos aleantes de polvo de metal La SAW es primordialmente un proceso automaacutetico
de soldadura con elevada rapidez de deposicioacuten Los electrodos en tandem sirven para
depositar grandes cantidades de material de aporte La posicioacuten de la soldadura debe ser
horizontal de esta manera es adecuada para tuberiacuteas de acero cilindros y tambieacuten para
soldaduras circulares si se gira la pieza de trabajo La soldadura de arco sumergido doble
(con una soldadura desde el interior y otra desde el exterior) se emplea para fabricar
tuberiacuteas soldadas en espiral Tambieacuten se puede usar con robots soldadores con la pieza de
trabajo manipulada en posiciones apropiadas
Soldadura con electroescoria (ESW) El proceso se utiliza ampliamente para soldar
uniones verticales en placas y estructuras gruesas (25 mm o maacutes) como plataformas de
perforacioacuten de petroacuteleo puentes barcos y marcos de prensas y molinos de laminacioacuten El
alambre del electrodo es alimentado a un bantildeo de escoria fundida (Fig 1 8 - 1 9c)
inicialmente se produce un arco pero luego se apaga debido a la escoria y el calor de la
fusioacuten es suministrado por el calentamiento por resistencia en la escoria Zapatas (represas)
de cobre enfriados con agua cierran el espacio entre las piezas que se van a soldar para
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
tanto la soldadura por difusioacuten combinada con el formado super plaacutestico (Fig 18-6d) ha
demostrado ser muy exitosa Usando dos tres o cuatro laacuteminas se imprimen patrones con
un aislamiento de nitruro de boro El ensamble se coloca en una caja evacuada (retorta)
mantenida en una prensa y se forman superficies integrales mientras son sopladas las
cavidades
Como el titanio disuelve sus oacutexidos Y las aleaciones como Ti6AI-4V tienen el
pequentildeo tamantildeo de grano necesario para el formado superplaacutestico aun sin procesamiento
especial las aleaciones de titanio son naturales para la teacutecnica Es factible la consolidacioacuten
de piezas a gran escala Por ejemplo en las aeronaves de alto rendimiento como los
aeroplanos caza supersoacutenicos el fuselaje se construye de un revestimiento delgado
reforzado con nervaduras de complejidad considerable
Convencionalmente las piezas de laacutemina metaacutelica las extrusiones y las placas con
cavidades fresadas se unen con miles de remaches La unioacuten por difusioacuten con formado
superplaacutestico reduce el nuacutemero de piezas la mano de obra el tiempo de entrega y el costo
Al aplicar las teacutecnicas a las aleaciones de aluminio la deformacioacuten es vital para romper el
oacutexido estable y fraacutegil
La soldadura por difusioacuten tambieacuten se aplica a la manufactura de compuestos de
matriz metaacutelica (por ejemplo titanio o aluminio reforzado con fibra de boro) Cuando la
unioacuten no ocurra debido a la falta de solubilidad o resulte en la formacioacuten de un compuesto
intermetaacutelico fraacutegil se pueden usar capas intercaladas que sean mutuamente solubles en
forma de hojas o laacuteminas delgadas Por ejemplo las superaleaciones se unen despueacutes de
electrochapar con una aleacioacuten de Ni-Co
Soldadura en caliente
En teacuterminos generales el concepto soldadura en caliente describe la soldadura por
deformacioacuten en el rango de temperatura de trabajo en caliente
1 La soldadura forjada (FOW ) se refiere al proceso de soldadura industrial maacutes
antiguo El enlace se crea por medio de la deformacioacuten local sustancial de la unioacuten Las
piezas de trabajo calientes y preformadas usualmente de hierro o acero se forjan juntas
para expulsar los oacutexidos la escoria y los contaminantes y para asegurar el enlace
interatoacutemico (Fig 18-7a) La teacutecnica se empleaba no soacutelo para unir (por ejemplo forjado
de eslabones de cadena) sino tambieacuten para la soldadura de tubos y para formar capa por
capa espadas medievales e incluso objetos muy grandes como anclas Es posible la
soldadura forjada en que los extremos de las piezas de trabajo se prensan juntos axialmente
(soldadura a tope) pero la calidad de la junta tiende a ser pobre
2 En las variantes maacutes recientes del proceso el calor es proporcionado a traveacutes del
calentamiento por induccioacuten para minimizar la oxidacioacuten (Hg 18-7b) Mucho menos
deformacioacuten es suficiente por lo tanto es practicable la soldadura a tope de las piezas de
trabajo
3 El calor tambieacuten se puede generar pasando una corriente a traveacutes de las caras
comprimidas (Fig 18-7c) Actualmente la soldadura eleacutectrica a tope se ha reemplazado en
gran medida por la soldadura a tope por chispas
4 La unioacuten en caliente por rodillos (soldadura laminada ROW la versioacuten a alta
temperatura de la Fig 18-4c) se utiliza ampliamente para crear materiales compuestos de
bajo costo o alto rendimiento Asiacute el Alelad combina la resistencia a la corrosioacuten de un
revestimiento de aluminio puro con la alta resistencia de un nuacutecleo de aluminio endurecido
por precipitacioacuten Se emplea acero inoxidable para revestir acero dulce para proteccioacuten
contra la corrosioacuten y las aleaciones de diferente coeficiente de dilatacioacuten teacutermica se unen
para crear cintas bimetaacutelicas para termostatos El laminado que consiste de una placa base
y de laacuteminas de cubierta es encerrado y evacuado si se debe evitar la oxidacioacuten
Soldadura por friccioacuten (FRW)
El trabajo de friccioacuten generado cuando dos cuerpos se deslizan uno sobre otro se
transforma en calor cuando la rapidez del deslizamiento es alta y el calor es contenido en
una zona angosta ocurre la soldadura
En la FRW de accionamiento continuo (Hg 18-8a) una pieza se sujeta firmemente
mientras la otra (usualmente de simetriacutea axial) es girada bajo la aplicacioacuten simultaacutenea de
presioacuten axial La temperatura se incrementa las zonas soldadas parcialmente formadas se
cortan las peliacuteculas superficiales se rompen repentinamente la rotacioacuten se detiene y una
fuerza adicional de recalcado es aplicada cuando toda la superficie se suelda Algo del
material suavizado es expulsado corno rebaba pero no estaacute completamente claro si en
realidad ocurre la fusioacuten La zona calentada es muy delgada asiacute que losmiddot metales disiacutemiles
se unen faacutecilmente En la FRW de accionamiento por inercia la rotacioacuten es impartida por
un volante de inercia cuya energiacutea se calcula de manera que la soldadura sea completada
cuando la rotacioacuten se detiene
SOLDADURA POR FUSIOacuteN
En la gran mayoriacutea de las aplicaciones el enlace interatoacutemico se establece por
fusioacuten Cuando los materiales de la pieza de trabajo (metal base) y el metal de aporte (si es
que se usa) tienen composiciones y puntos de fusioacuten similares pero no necesariamente
ideacutenticos al proceso se le denomina soldadura por fusioacuten o simplemente soldadura
La soldadura estaacute muy relacionada con los procesos de fundicioacuten Se suministra
calor para fundir el metal base y el de aporte La fusioacuten es contenida fiacutesicamente en la zona
de fusioacuten donde por medio de su contacto con el metal base circundante de alta
conductividad teacutermica se enfriacutea raacutepidamente (tiacutepicamente a decenas de cientos de grados
por segundo) De esta manera la rapidez de enfriamiento estaacute entre la que predomina en la
fundicioacuten en molde permanente y en la atomizacioacuten el control adecuado requiere una
familiaridad completa con la metalurgia de no equilibrio
SOLDADURA POR RESISTENCIA
La soldadura por resistencia representa de alguna forma una transicioacuten de la
soldadura en estado soacutelido a soldadura por fusioacuten Las dos piezas por unirse se prensan en
conjunto y se pasa una corriente alterna por la zona de contacto Si se aplica la presioacuten
correcta esta zona presentaraacute la mayor resistencia en el circuito eleacutectrico y alliacute se
concentraraacuten las peacuterdidas de potencia La energiacutea se convierte en calor La corriente se deja
activa hasta que ocurre la fusioacuten en la interfase entre las dos piezas y la presioacuten se
mantiene hasta que la soldadura solidifica De acuerdo con la ley de Joule el calor
generado (en joules) es
donde 1 es la corriente (A) R la resistencia (n) y t la duracioacuten de la aplicacioacuten de la
corriente en segundos El voltaje puede ser bajo tiacutepicamente de 05 a 10 V pero las
corrientes pueden ser muy altas (como ejemplos veacutease la Fig 18-15)
Como el calor se debe concentrar en la zona de soldadura la resistencia fuera de ella
debe ser baja especialmente en los puntos donde la corriente es suministrada a las piezas de
trabajo por medio de electrodos Los materiales de alta conductividad teacutermica y alto calor
especiacutefico (como el aluminio o el cobre) exigen corrientes muy elevadas para evitar la
disipacioacuten del calor
La limpieza de la superficie es importante pero no tan vital como en las uniones de
estado soacutelido pues los contaminantes son expulsados de la fusioacuten No obstante las
escamas las peliacuteculas gruesas de aceite y la pintura deben ser eliminados aunque una
preparacioacuten de la superficie relativamente sencilla es adecuada y tambieacuten es factible soldar
el acero recubierto de zinc El control de la calidad es sumamente importante Las
soldaduras se prueban destructivamente para establecer los paraacutemetros oacuteptimos del proceso
despueacutes la inspeccioacuten incluye teacutecnicas de medicioacuten de la temperatura de la superficie (a
partir de la cual se extrapolan las temperaturas de la zona de soldadura) ultrasoacutenicas y de
emisioacuten acuacutestica Son posibles el control de circuito cerrado y el adaptivo
Soldadura de puntos por resistencia (RSW) Debido a la amplia difusioacuten de la
aplicacioacuten de piezas de laacutemina metaacutelica la soldadura de puntos por resistencia ha adquirido
una posicioacuten prominente desde la sujecioacuten de asas de artiacuteculos de cocina hasta el ensamble
de carroceriacuteas completas de automoacuteviles (hay varios miles de soldaduras de punto por cada
automoacutevil) Dos electrodos normalmente enfriados por agua presionan juntas dos laacuteminas
(Fig 18-15a) Los electrodos estaacuten hechos de materiales de alta conductividad y elevada
resistencia en caliente como el cobre con algunas adiciones de Cd Cr o Be o aleaciones
de cobre-tungsteno o molibdeno Entonces la corriente se aplica durante un nuacutemero
predeterminado de ciclos (en la industria automotriz l O a 30 ciclos para una corriente de
60 Hz) despueacutes de lo cual la interfaz se calienta y en una fraccioacuten de segundo se forma una
zona fundida (pepita de soldadura) La presioacuten se libera soacutelo despueacutes que l a corriente ha
sido desconectada y que la pepita ha solidificado La superficie de la laacutemina presenta una
ligera depresioacuten y decoloracioacuten Los electrodos pueden incorporarse en una maacutequina fija o
en una pistola portaacutetil de soldador Se emplean electrodos muacuteltiples (algunas veces cientos)
para la soldadura de ensambles grandes con grupos de electrodos puestos en contacto en
una secuencia programada Una serie de soldaduras puede realizarse con precisioacuten y en una
raacutepida sucesioacuten mediante robots soldadores La calidad de la soldadura se asegura con
mediciones durante el proceso basadas por ejemplo en el cambio de la resistencia
mientras se forma la pepita o en la emisioacuten acuacutestica que ocurre durante la expulsioacuten de
metal
Soldadura por proyeccioacuten (RPW) La extensioacuten de la zona soldada se controla
mejor y se realizan varias soldaduras simultaacuteneamente con soacutelo un electrodo cuando
pequentildeos se estampan o acuntildean hoyuelos o proyecciones en una de las laacuteminas Cuando
se aplica la corriente las proyecciones se suavizan y se empujan de regreso a su lugar con
la presioacuten del electrodo a medida que se forma la pepita de soldadura (Fig 18- 1 5b) Las
proyecciones forjadas o maquinadas en cuerpos soacutelidos permiten soldarlos a una laacutemina o a
otro cuerpo soacutelido Una forma de la soldadura por proyeccioacuten se practica cuando se sueldan
por resistencia mallas formadas con alambres cruzados
Soldadura de costura por resistencia (RSEW) Una serie de soldaduras de punto
se hace mucho maacutes raacutepido a lo largo de una liacutenea si los electrodos tienen forma de rodillos
(Fig 18-15c) La corriente se enciende y se apaga en una sucesioacuten planeada
proporcionando espaciamiento uniforme de los puntos Cuando una corriente alterua
permanece activa se realiza la soldadura de un punto cada vez que la corriente alcanza su
valor pico y las soldaduras se espacian suficientemente cerca para producir una unioacuten
hermeacutetica a gas y liacutequido La soldadura de costura por resistencia es uno de los meacutetodos
para producir el cuerpo de una lata y se usa para la manufactura secciones de vigas y de
cajas En la soldadura de costura aplastada (Fig 18-1 5d) el traslape soacutelo es 1 0 2 veces el
espesor de la laacutemina y los rodillos soldadores aplican suficiente presioacuten para reducir la
costura cerca de 10 sobre los espesores de la laacutemina base Eacuteste es uno de los procesos que
se emplean para fabricar blancos a la medida
Soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) Una aplicacioacuten importante
de la soldadura por resistencia es en la manufactura de tubos tuberiacuteas miembros
estructurales y rines de ruedas Los tubos se forman con rodillo Y entonces la costura
longitudinal se realiza mediante soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) en la
que la corriente eleacutectrica se aplica por medio de electrodos deslizantes o rodantes (Fig 18-
16a) En la soldadura por induccioacuten de alta frecuencia (HF1W por sus siglas en ingleacutes) el
tubo es rodeado por una bobina de induccioacuten y la frecuencia de operacioacuten se eliacutege para
obtener la penetracioacuten oacuteptima las frecuencias mayores penetran a una profundidad menor
En ambas HFRW y FF1W existe una zona fundida y localizada formada que luego se
expulsa inmediatamente a traveacutes de compresioacuten Usualmente se recorta el exceso de metal
Soldadura por chispas y recalcado La soldadura por recalcado en general
significa la unioacuten de dos cuerpos al prensarlos juntos con una fuerza suficiente para causar
deformacioacuten En el sentido maacutes particular el teacutermino se aplica a la soldadura por
resistencia en la que igual que en la soldadura de puntos la presioacuten es aplicada antes de
activar la corriente En la actualidad estaacute mucho maacutes difundida la soldadura a tope por
chispas o soldadura por chispas (FW) en que la corriente se aplica durante la aproximacioacuten
de las dos partes de esta manera ocurre un calentamiento extremadamente raacutepido cuando
hacen contacto primero las irregularidades superficiales El metal fundido se expulsa
violentamente y se quema en el aire produciendo alguacuten arqueo de ahiacute el nombre de
chispas Se puede quemar una longitud sustancialpara asegurar una buena soldadura pero
todo el metal liacutequido es expulsado y la soldadurase forma recalcando las superficies
calientes soacutelidas de metal (Fig 1 8- 1 6b) (soldadura por recalcado UW) Asiacute la resistencia
de la unioacuten no es afectada por la presencia de residuos de metal de soldadura fundido Por
lo tanto el proceso se considera como una transicioacuten entre los procesos de fase liacutequida y los
de fase soacutelida Se produciraacute una buena soldadura soacutelo si la rapidez de aproximacioacuten la
corriente y el voltaje el viaje total y la presioacuten de recalcado son controlados
cuidadosamente Actualmente el control manual es reemplazado por el control adaptivo
automaacutetico El desplazamiento de metal crea una rebaba que debe eliminarse Las caras
extremas que se van a unir a menudo se achaflanan de manera que la fusioacuten se mueva
desde el centro hacia fuera para expulsar los contaminantes en la rebaba El
precalentamiento es posible al activar la corriente despueacutes que las caras fueron prensadas
juntas pero luego eacutestas se separan ligeramente para inducir chispas Para el calentamiento
uniforme ambas partes deben tener aacutereas iguales de seccioacuten transversal aunque su
composicioacuten puede ser diferente por ejemplo en la unioacuten de un vaacutestago de acero al bajo
carbono con una broca de una herramienta de HSS Las barras y secciones dobladas en
forma de anillos los tubos y las estructuras de laacutemina con frecuencia se sueldan extremo
con extremo este meacutetodo se usa ampliamente para unir las puntas de alambre y rollos de
laacutemina para permitir la operacioacuten continua de las liacuteneas de procesamiento
SOLDADURA CON ARCO ELEacuteCT RICO
La soldadura con arco eleacutectrico difiere de la soldadura por resistencia eleacutectrica en
que un arco sostenido genera el calor para fundir el material de la pieza de trabajo (y si se
utiliza la varilla de aporte) Los eventos se muestran mejor en el ejemplo de la soldadura
con arco de tungsteno y gas (GTAW)
Cuando el electrodo de tungsteno se conecta a la terminal negativa de una fuente de
poder (en modo de polaridad directa o de corriente directa de electrodo negativoDCEN) se
convierte en el caacutetodo la pieza de trabajo conectada a la terminal positivase transforma en
el aacutenodo (Fig 1 8- 1 7a) Un gas inerte protege a ambos electrodos El caacutetodo se calienta
con la corriente de soldado hasta que se alcanza lafuncioacuten de trabajo (la energiacutea necesaria
para desalojar los electrones) del tungsteno La emisioacuten inducida teacutermicamente
(termoioacutenica) crea una carga espacial (una nube de electrones) en la que los electrones
fluyen a la pieza de trabajo (aacutenodo) donde se genera la mayoriacutea del calor (el flujo de
electrones es responsable de 85 de la transferencia caloriacutefica) En el espacio entre la
punta del electrodo y la pieza de trabajo la alta temperatura ioniza un poco del gas los
electrones son desalojados y se forma un plasma conductor de la electricidad (una mezcla
neutra de electrones e iones positivos) La energiacutea de los electrones incidentes calienta la
pieza de trabajo La zona de la soldadura a menudo es profunda y angosta (Fig 1 8- 1 7b)
Cuando la polaridad se invierte con el electrodo conectado a la terminal positiva
(modo de polaridad invertida de o corriente directa de electrodo positivo DCEP) la pieza
de trabaj o se convierte en el caacutetodo La zona de la soldadura es maacutes amplia y menos
profunda (Fig 1 8- 1 7c) por lo tanto este modo de operacioacuten es maacutes adecuado para
material de calibre delgado que se quemariacutea completamente en el modo DCEN
La polaridad inversa tiene un efecto adicional las peliacuteculas de oacutexido en las superficies de
piezas de trabajo de Al y Mg son desalojadas de esta manera la superficie se puede
limpiar ya sea invirtiendo la polaridad brevemente en el modo DCEN o usando una
corriente CA (Fig 1 8- 1 7d)
Soldadura con electrodo no consumible
En estos procesos el electrodo no se funde y el metal de la soldadura es
suministrado por el flujo del metal base (soldadura autoacutegena) o para laacutemina gruesa (gt 3
mm de espesor) por medio de una varilla separada de material de aporte
Soldadura de tungsteno con arco eleacutectrico y gas (GTAW) Como se indicoacute el arco se
mantiene entre la pieza de trabajo y el electrodo de tungsteno protegido por un gas inerte
(de ahiacute el antiguo nombre de soldadura de tungsteno con gas inerte o soldadura TIG Fig I
S - I Sa) La atmoacutesfera protectora es provista por el argoacuten el cual tiene un potencial de
ionizacioacuten menor y por ello precisa menos voltaje (alrededor de 1 0 V) pero proporciona
un arco eleacutectrico menos caliente y una penetracioacuten menos profunda que el helio La
polaridad es DCEN excepto para Al y Mg donde la CA es uacutetil para quitar el oacutexido Para
producir el arco eleacutectrico la emisioacuten de electrones y la ionizacioacuten del gas se inician
retirando el electrodo de la superficie de trabajo de manera controlada o con la ayuda de un
arco iniciador Una corriente de alta frecuencia superpuesta a la corriente alterna o directa
de soldado ayuda a comenzar el arco y tambieacuten lo estabiliza Las operaciones tanto
manuales como automaacuteticas son posibles El proceso exige una habilidad considerable
pero produce soldaduras de muy alta calidad en casi cualquier material en cualquier
posicioacuten de soldado y tambieacuten en calibres delgados (menores de 6 mm) La zona de la
soldadura es visible y no hay chisporroteo de soldadura o formacioacuten de escoria aunque las
partiacuteculas del electrodo pueden entrar a la soIacutedadura si el electrodo se sobrecalienta o toca
el bantildeo de soldadura
Soldadura con arco de plasma (PAW) Si el arco y dentro de eacutel el plasma es
restringido por un orificio la intensidad caloriacutefica se eleva (pig I S- 1 8b) Primero el arco
se produce entre el electrodo y la boquilla aplicando un voltaje de alta frecuencia Luego se
acerca el soplete a la pieza de trabajo (meacutetodo de operacioacuten de arco de plasma transferido)
A densidades bajas de corriente en el modo fusioacuten interna la zona de la soldadura es
similar en forma a la soldadura con arco a altas densidades de corriente el modo de
agujero de cerradura (Pig lS-1 8b) prevalece y el metal resolidifica atraacutes del haz de plasma
moacutevil En la teacutecnica de arco no transferido la boquilla de constriccioacuten es conectada a la
terminal positiva el arco se produce entre el electrodo y la boquilla y calienta la pieza de
trabajo por radiacioacuten Esta teacutecnica tambieacuten se utiliza para el rociacuteo de plasma (recubrimiento
de superficies La PAW es particularmente uacutetil para la soldadura de laacuteminas delgadas El
tamantildeo pequentildeo de la zona requiere control cuidadoso de la trayectoria Se practican las
formas manual y mecaacutenica y el metal de aporte se puede usar si se necesita un suministro
extra de material
La soldadura con arco de carbono (CAW) Fue la precursora de los procesos
actuales de electrodo no consumible El arco es producido entre la pieza de trabajo y un
electrodo de carbono o entre dos electrodos de carbono
Soldadura con electrodo consumible
En este grupo de procesos el electrodo consumible es un metal que se funde para
hacerse parte del cordoacuten de soldadura A menudo su composicioacuten es diferente de la de los
metales base y se pueden encontrar recomendaciones en los trabajos de referencia citados al
final de este capiacutetulo La zona de la soldadura estaacute protegida por un gas o un fundente
Soldadura con arco metaacutelico y gas (GMAW) El electrodo metaacutelico consumible alimentado
por medio de la pistola para soldar estaacute protegido por un gas inerte de ahiacute el viejo
acroacutenimo soldadura MIG (metal-gas inerte) (Fig 18-18c) Es adecuada para la mayoriacutea de
los metales Igual que con la GTAW no se forma escoria y se pueden acumular varias
capas con poca o ninguna limpieza intermedia El argoacuten es un gas adecuado para todos los
materiales algunas veces se prefiere helio --debido a su mayor potencial de ionizacioacuten y
por lo tanto mayor rapidez de generacioacuten de calor- para la soldadura de aluminio y cobre
el Ar con entre 2 y 30 de CO2 o CO2 puro generalmente se emplea para aceros al carbono
tambieacuten se estaacuten introduciendo los gases especiales adaptados para tareas especiacuteficas
Normalmente el electrodo se conecta a la terminal positiva (DCEP o polaridad invertida)
La densidad de corriente es el determinante principal del modo de transferencia de metal
Para una baja corriente de soldado ocurre una transferencia por cortocircuito el electrodo
toca la pieza de trabajo la corriente aumenta la punta del alambre se funde y se transfiere
una gotita El gas protector es elegido para minimizar la salpicadura (C02 para el acero Ar-
He para metales no ferrosos) A mayores intensidades de corriente (y con CO2 casi
siempre) prevalece la transferencia globular las partiacuteculas maacutes grandes que el electrodo
caen por gravedad La gota se debe separar antes que llegue al charco de soldadura y soacutelo
es posible la soldadura horizontal Por encima de una densidad criacutetica de corriente el metal
es transferido en un rociacuteo fino (transferencia por rociacuteo) mediante las fuerzas del arco de ahiacute
que se puedan utilizar todas las posiciones de soldadura Se obtienen soldaduras maacutes
consistentes con el uso de corriente pulsante de soldadura una corriente baja de fondo
mantiene el arco y la transferencia de metal ocurre cuando los impulsos de la corriente
exceden el nivel requerido para la transferencia por rociacuteo El gas de proteccioacuten es Ar o una
mezcla de eacutel En una variante se alimenta alambre en un soplete de plasma (soldadura MIG
de plasma) El electrodo de alambre se suministra en longitudes grandes enrolladas que
permiten soldaduras continuas en cualquier posicioacuten de soldado En la soldadura
semiautomaacutetica el soldador guiacutea la pistola y ajusta los paraacutemetros del proceso en la
soldadura automaacutetica todas las funciones son asumidas por la maacutequina de soldar o robot
La soldadura en el sitio puede ser difiacutecil porque las corrientes de aire soplan el gas protector
lejos de la zona de soldadura
Soldadura con arco metaacutelico protegido (SMAW) De nuevo el arco se produce entre
el alambre o varilla de aporte y las piezas que se van a unir (Fig 1 8- 1 9a) pero ahora la
proteccioacuten es suministrada por un recubrimiento aplicado al exterior del alambre de aporte
(electrodo recubierto) El recubrimiento cumple varias funciones su combustioacuten y
descomposicioacuten con el calor del arco crea una atmoacutesfera protectora la fusioacuten del
recubrimiento proporciona una cubierta de escoria fundida sobre la soldadura el contenido
de Na o K del recubrimiento se ioniza faacutecilmente para estabilizar el arco Tambieacuten se
pueden introducir elementos aleantes desde el recubrimiento La eleccioacuten del electrodo (que
tambieacuten determina la polaridad) es criacutetica para el eacutexito Durante la soldadura el electrodo
se funde a una rapidez de aproximadamente 250 mmmin mientras que el recubrimiento se
funde para formar una escoria que se debe eliminar si se requiere maacutes de una pasada para
acumular el espesor completo de la soldadura Corno el recubrimiento es fraacutegil se usan
varillas rectas tiacutepicamente de 450 mm de longitud haciendo a este proceso adecuado soacutelo
para la operacioacuten manual con una rapidez relativamente lenta pero auacuten a bajo costo El
proceso es versaacutetil y adecuado para la aplicacioacuten en campo aunque precisa de una
habilidad considerable1048801 Es posible el soldado en todas las posiciones incluyendo el
realizado por arriba de la cabeza si el metal y la escoria solidifican suficientemente raacutepido
Soldadura de arco con nuacutecleo fundente (FCAW) Baacutesicamente se obtiene el mismo
resultado pero una penetracioacuten maacutes profunda con el fundente dentro de un tubo El alambre
para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automaacutetica continua Algunas
veces se proporciona una proteccioacuten adicional con un gas entonces el proceso se parece a
la soldadura con arco metaacutelico y gas
Soldadura de arco sumergido (SAW) Ahora el electrodo consumible es alambre de
aporte sin recubrimiento y la zona de la soldadura estaacute protegida por un fundente granular
suministrado independientemente desde un alimentador (Fig 1 8- 1 9b) en una capa gruesa
que cubre el arco El fundente protege el arco permite alta corriente y gran profundidad de
penetracioacuten asegura alta eficiencia actuacutea corno desoxidante y depurador y puede contener
elementos aleantes de polvo de metal La SAW es primordialmente un proceso automaacutetico
de soldadura con elevada rapidez de deposicioacuten Los electrodos en tandem sirven para
depositar grandes cantidades de material de aporte La posicioacuten de la soldadura debe ser
horizontal de esta manera es adecuada para tuberiacuteas de acero cilindros y tambieacuten para
soldaduras circulares si se gira la pieza de trabajo La soldadura de arco sumergido doble
(con una soldadura desde el interior y otra desde el exterior) se emplea para fabricar
tuberiacuteas soldadas en espiral Tambieacuten se puede usar con robots soldadores con la pieza de
trabajo manipulada en posiciones apropiadas
Soldadura con electroescoria (ESW) El proceso se utiliza ampliamente para soldar
uniones verticales en placas y estructuras gruesas (25 mm o maacutes) como plataformas de
perforacioacuten de petroacuteleo puentes barcos y marcos de prensas y molinos de laminacioacuten El
alambre del electrodo es alimentado a un bantildeo de escoria fundida (Fig 1 8 - 1 9c)
inicialmente se produce un arco pero luego se apaga debido a la escoria y el calor de la
fusioacuten es suministrado por el calentamiento por resistencia en la escoria Zapatas (represas)
de cobre enfriados con agua cierran el espacio entre las piezas que se van a soldar para
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
de eslabones de cadena) sino tambieacuten para la soldadura de tubos y para formar capa por
capa espadas medievales e incluso objetos muy grandes como anclas Es posible la
soldadura forjada en que los extremos de las piezas de trabajo se prensan juntos axialmente
(soldadura a tope) pero la calidad de la junta tiende a ser pobre
2 En las variantes maacutes recientes del proceso el calor es proporcionado a traveacutes del
calentamiento por induccioacuten para minimizar la oxidacioacuten (Hg 18-7b) Mucho menos
deformacioacuten es suficiente por lo tanto es practicable la soldadura a tope de las piezas de
trabajo
3 El calor tambieacuten se puede generar pasando una corriente a traveacutes de las caras
comprimidas (Fig 18-7c) Actualmente la soldadura eleacutectrica a tope se ha reemplazado en
gran medida por la soldadura a tope por chispas
4 La unioacuten en caliente por rodillos (soldadura laminada ROW la versioacuten a alta
temperatura de la Fig 18-4c) se utiliza ampliamente para crear materiales compuestos de
bajo costo o alto rendimiento Asiacute el Alelad combina la resistencia a la corrosioacuten de un
revestimiento de aluminio puro con la alta resistencia de un nuacutecleo de aluminio endurecido
por precipitacioacuten Se emplea acero inoxidable para revestir acero dulce para proteccioacuten
contra la corrosioacuten y las aleaciones de diferente coeficiente de dilatacioacuten teacutermica se unen
para crear cintas bimetaacutelicas para termostatos El laminado que consiste de una placa base
y de laacuteminas de cubierta es encerrado y evacuado si se debe evitar la oxidacioacuten
Soldadura por friccioacuten (FRW)
El trabajo de friccioacuten generado cuando dos cuerpos se deslizan uno sobre otro se
transforma en calor cuando la rapidez del deslizamiento es alta y el calor es contenido en
una zona angosta ocurre la soldadura
En la FRW de accionamiento continuo (Hg 18-8a) una pieza se sujeta firmemente
mientras la otra (usualmente de simetriacutea axial) es girada bajo la aplicacioacuten simultaacutenea de
presioacuten axial La temperatura se incrementa las zonas soldadas parcialmente formadas se
cortan las peliacuteculas superficiales se rompen repentinamente la rotacioacuten se detiene y una
fuerza adicional de recalcado es aplicada cuando toda la superficie se suelda Algo del
material suavizado es expulsado corno rebaba pero no estaacute completamente claro si en
realidad ocurre la fusioacuten La zona calentada es muy delgada asiacute que losmiddot metales disiacutemiles
se unen faacutecilmente En la FRW de accionamiento por inercia la rotacioacuten es impartida por
un volante de inercia cuya energiacutea se calcula de manera que la soldadura sea completada
cuando la rotacioacuten se detiene
SOLDADURA POR FUSIOacuteN
En la gran mayoriacutea de las aplicaciones el enlace interatoacutemico se establece por
fusioacuten Cuando los materiales de la pieza de trabajo (metal base) y el metal de aporte (si es
que se usa) tienen composiciones y puntos de fusioacuten similares pero no necesariamente
ideacutenticos al proceso se le denomina soldadura por fusioacuten o simplemente soldadura
La soldadura estaacute muy relacionada con los procesos de fundicioacuten Se suministra
calor para fundir el metal base y el de aporte La fusioacuten es contenida fiacutesicamente en la zona
de fusioacuten donde por medio de su contacto con el metal base circundante de alta
conductividad teacutermica se enfriacutea raacutepidamente (tiacutepicamente a decenas de cientos de grados
por segundo) De esta manera la rapidez de enfriamiento estaacute entre la que predomina en la
fundicioacuten en molde permanente y en la atomizacioacuten el control adecuado requiere una
familiaridad completa con la metalurgia de no equilibrio
SOLDADURA POR RESISTENCIA
La soldadura por resistencia representa de alguna forma una transicioacuten de la
soldadura en estado soacutelido a soldadura por fusioacuten Las dos piezas por unirse se prensan en
conjunto y se pasa una corriente alterna por la zona de contacto Si se aplica la presioacuten
correcta esta zona presentaraacute la mayor resistencia en el circuito eleacutectrico y alliacute se
concentraraacuten las peacuterdidas de potencia La energiacutea se convierte en calor La corriente se deja
activa hasta que ocurre la fusioacuten en la interfase entre las dos piezas y la presioacuten se
mantiene hasta que la soldadura solidifica De acuerdo con la ley de Joule el calor
generado (en joules) es
donde 1 es la corriente (A) R la resistencia (n) y t la duracioacuten de la aplicacioacuten de la
corriente en segundos El voltaje puede ser bajo tiacutepicamente de 05 a 10 V pero las
corrientes pueden ser muy altas (como ejemplos veacutease la Fig 18-15)
Como el calor se debe concentrar en la zona de soldadura la resistencia fuera de ella
debe ser baja especialmente en los puntos donde la corriente es suministrada a las piezas de
trabajo por medio de electrodos Los materiales de alta conductividad teacutermica y alto calor
especiacutefico (como el aluminio o el cobre) exigen corrientes muy elevadas para evitar la
disipacioacuten del calor
La limpieza de la superficie es importante pero no tan vital como en las uniones de
estado soacutelido pues los contaminantes son expulsados de la fusioacuten No obstante las
escamas las peliacuteculas gruesas de aceite y la pintura deben ser eliminados aunque una
preparacioacuten de la superficie relativamente sencilla es adecuada y tambieacuten es factible soldar
el acero recubierto de zinc El control de la calidad es sumamente importante Las
soldaduras se prueban destructivamente para establecer los paraacutemetros oacuteptimos del proceso
despueacutes la inspeccioacuten incluye teacutecnicas de medicioacuten de la temperatura de la superficie (a
partir de la cual se extrapolan las temperaturas de la zona de soldadura) ultrasoacutenicas y de
emisioacuten acuacutestica Son posibles el control de circuito cerrado y el adaptivo
Soldadura de puntos por resistencia (RSW) Debido a la amplia difusioacuten de la
aplicacioacuten de piezas de laacutemina metaacutelica la soldadura de puntos por resistencia ha adquirido
una posicioacuten prominente desde la sujecioacuten de asas de artiacuteculos de cocina hasta el ensamble
de carroceriacuteas completas de automoacuteviles (hay varios miles de soldaduras de punto por cada
automoacutevil) Dos electrodos normalmente enfriados por agua presionan juntas dos laacuteminas
(Fig 18-15a) Los electrodos estaacuten hechos de materiales de alta conductividad y elevada
resistencia en caliente como el cobre con algunas adiciones de Cd Cr o Be o aleaciones
de cobre-tungsteno o molibdeno Entonces la corriente se aplica durante un nuacutemero
predeterminado de ciclos (en la industria automotriz l O a 30 ciclos para una corriente de
60 Hz) despueacutes de lo cual la interfaz se calienta y en una fraccioacuten de segundo se forma una
zona fundida (pepita de soldadura) La presioacuten se libera soacutelo despueacutes que l a corriente ha
sido desconectada y que la pepita ha solidificado La superficie de la laacutemina presenta una
ligera depresioacuten y decoloracioacuten Los electrodos pueden incorporarse en una maacutequina fija o
en una pistola portaacutetil de soldador Se emplean electrodos muacuteltiples (algunas veces cientos)
para la soldadura de ensambles grandes con grupos de electrodos puestos en contacto en
una secuencia programada Una serie de soldaduras puede realizarse con precisioacuten y en una
raacutepida sucesioacuten mediante robots soldadores La calidad de la soldadura se asegura con
mediciones durante el proceso basadas por ejemplo en el cambio de la resistencia
mientras se forma la pepita o en la emisioacuten acuacutestica que ocurre durante la expulsioacuten de
metal
Soldadura por proyeccioacuten (RPW) La extensioacuten de la zona soldada se controla
mejor y se realizan varias soldaduras simultaacuteneamente con soacutelo un electrodo cuando
pequentildeos se estampan o acuntildean hoyuelos o proyecciones en una de las laacuteminas Cuando
se aplica la corriente las proyecciones se suavizan y se empujan de regreso a su lugar con
la presioacuten del electrodo a medida que se forma la pepita de soldadura (Fig 18- 1 5b) Las
proyecciones forjadas o maquinadas en cuerpos soacutelidos permiten soldarlos a una laacutemina o a
otro cuerpo soacutelido Una forma de la soldadura por proyeccioacuten se practica cuando se sueldan
por resistencia mallas formadas con alambres cruzados
Soldadura de costura por resistencia (RSEW) Una serie de soldaduras de punto
se hace mucho maacutes raacutepido a lo largo de una liacutenea si los electrodos tienen forma de rodillos
(Fig 18-15c) La corriente se enciende y se apaga en una sucesioacuten planeada
proporcionando espaciamiento uniforme de los puntos Cuando una corriente alterua
permanece activa se realiza la soldadura de un punto cada vez que la corriente alcanza su
valor pico y las soldaduras se espacian suficientemente cerca para producir una unioacuten
hermeacutetica a gas y liacutequido La soldadura de costura por resistencia es uno de los meacutetodos
para producir el cuerpo de una lata y se usa para la manufactura secciones de vigas y de
cajas En la soldadura de costura aplastada (Fig 18-1 5d) el traslape soacutelo es 1 0 2 veces el
espesor de la laacutemina y los rodillos soldadores aplican suficiente presioacuten para reducir la
costura cerca de 10 sobre los espesores de la laacutemina base Eacuteste es uno de los procesos que
se emplean para fabricar blancos a la medida
Soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) Una aplicacioacuten importante
de la soldadura por resistencia es en la manufactura de tubos tuberiacuteas miembros
estructurales y rines de ruedas Los tubos se forman con rodillo Y entonces la costura
longitudinal se realiza mediante soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) en la
que la corriente eleacutectrica se aplica por medio de electrodos deslizantes o rodantes (Fig 18-
16a) En la soldadura por induccioacuten de alta frecuencia (HF1W por sus siglas en ingleacutes) el
tubo es rodeado por una bobina de induccioacuten y la frecuencia de operacioacuten se eliacutege para
obtener la penetracioacuten oacuteptima las frecuencias mayores penetran a una profundidad menor
En ambas HFRW y FF1W existe una zona fundida y localizada formada que luego se
expulsa inmediatamente a traveacutes de compresioacuten Usualmente se recorta el exceso de metal
Soldadura por chispas y recalcado La soldadura por recalcado en general
significa la unioacuten de dos cuerpos al prensarlos juntos con una fuerza suficiente para causar
deformacioacuten En el sentido maacutes particular el teacutermino se aplica a la soldadura por
resistencia en la que igual que en la soldadura de puntos la presioacuten es aplicada antes de
activar la corriente En la actualidad estaacute mucho maacutes difundida la soldadura a tope por
chispas o soldadura por chispas (FW) en que la corriente se aplica durante la aproximacioacuten
de las dos partes de esta manera ocurre un calentamiento extremadamente raacutepido cuando
hacen contacto primero las irregularidades superficiales El metal fundido se expulsa
violentamente y se quema en el aire produciendo alguacuten arqueo de ahiacute el nombre de
chispas Se puede quemar una longitud sustancialpara asegurar una buena soldadura pero
todo el metal liacutequido es expulsado y la soldadurase forma recalcando las superficies
calientes soacutelidas de metal (Fig 1 8- 1 6b) (soldadura por recalcado UW) Asiacute la resistencia
de la unioacuten no es afectada por la presencia de residuos de metal de soldadura fundido Por
lo tanto el proceso se considera como una transicioacuten entre los procesos de fase liacutequida y los
de fase soacutelida Se produciraacute una buena soldadura soacutelo si la rapidez de aproximacioacuten la
corriente y el voltaje el viaje total y la presioacuten de recalcado son controlados
cuidadosamente Actualmente el control manual es reemplazado por el control adaptivo
automaacutetico El desplazamiento de metal crea una rebaba que debe eliminarse Las caras
extremas que se van a unir a menudo se achaflanan de manera que la fusioacuten se mueva
desde el centro hacia fuera para expulsar los contaminantes en la rebaba El
precalentamiento es posible al activar la corriente despueacutes que las caras fueron prensadas
juntas pero luego eacutestas se separan ligeramente para inducir chispas Para el calentamiento
uniforme ambas partes deben tener aacutereas iguales de seccioacuten transversal aunque su
composicioacuten puede ser diferente por ejemplo en la unioacuten de un vaacutestago de acero al bajo
carbono con una broca de una herramienta de HSS Las barras y secciones dobladas en
forma de anillos los tubos y las estructuras de laacutemina con frecuencia se sueldan extremo
con extremo este meacutetodo se usa ampliamente para unir las puntas de alambre y rollos de
laacutemina para permitir la operacioacuten continua de las liacuteneas de procesamiento
SOLDADURA CON ARCO ELEacuteCT RICO
La soldadura con arco eleacutectrico difiere de la soldadura por resistencia eleacutectrica en
que un arco sostenido genera el calor para fundir el material de la pieza de trabajo (y si se
utiliza la varilla de aporte) Los eventos se muestran mejor en el ejemplo de la soldadura
con arco de tungsteno y gas (GTAW)
Cuando el electrodo de tungsteno se conecta a la terminal negativa de una fuente de
poder (en modo de polaridad directa o de corriente directa de electrodo negativoDCEN) se
convierte en el caacutetodo la pieza de trabajo conectada a la terminal positivase transforma en
el aacutenodo (Fig 1 8- 1 7a) Un gas inerte protege a ambos electrodos El caacutetodo se calienta
con la corriente de soldado hasta que se alcanza lafuncioacuten de trabajo (la energiacutea necesaria
para desalojar los electrones) del tungsteno La emisioacuten inducida teacutermicamente
(termoioacutenica) crea una carga espacial (una nube de electrones) en la que los electrones
fluyen a la pieza de trabajo (aacutenodo) donde se genera la mayoriacutea del calor (el flujo de
electrones es responsable de 85 de la transferencia caloriacutefica) En el espacio entre la
punta del electrodo y la pieza de trabajo la alta temperatura ioniza un poco del gas los
electrones son desalojados y se forma un plasma conductor de la electricidad (una mezcla
neutra de electrones e iones positivos) La energiacutea de los electrones incidentes calienta la
pieza de trabajo La zona de la soldadura a menudo es profunda y angosta (Fig 1 8- 1 7b)
Cuando la polaridad se invierte con el electrodo conectado a la terminal positiva
(modo de polaridad invertida de o corriente directa de electrodo positivo DCEP) la pieza
de trabaj o se convierte en el caacutetodo La zona de la soldadura es maacutes amplia y menos
profunda (Fig 1 8- 1 7c) por lo tanto este modo de operacioacuten es maacutes adecuado para
material de calibre delgado que se quemariacutea completamente en el modo DCEN
La polaridad inversa tiene un efecto adicional las peliacuteculas de oacutexido en las superficies de
piezas de trabajo de Al y Mg son desalojadas de esta manera la superficie se puede
limpiar ya sea invirtiendo la polaridad brevemente en el modo DCEN o usando una
corriente CA (Fig 1 8- 1 7d)
Soldadura con electrodo no consumible
En estos procesos el electrodo no se funde y el metal de la soldadura es
suministrado por el flujo del metal base (soldadura autoacutegena) o para laacutemina gruesa (gt 3
mm de espesor) por medio de una varilla separada de material de aporte
Soldadura de tungsteno con arco eleacutectrico y gas (GTAW) Como se indicoacute el arco se
mantiene entre la pieza de trabajo y el electrodo de tungsteno protegido por un gas inerte
(de ahiacute el antiguo nombre de soldadura de tungsteno con gas inerte o soldadura TIG Fig I
S - I Sa) La atmoacutesfera protectora es provista por el argoacuten el cual tiene un potencial de
ionizacioacuten menor y por ello precisa menos voltaje (alrededor de 1 0 V) pero proporciona
un arco eleacutectrico menos caliente y una penetracioacuten menos profunda que el helio La
polaridad es DCEN excepto para Al y Mg donde la CA es uacutetil para quitar el oacutexido Para
producir el arco eleacutectrico la emisioacuten de electrones y la ionizacioacuten del gas se inician
retirando el electrodo de la superficie de trabajo de manera controlada o con la ayuda de un
arco iniciador Una corriente de alta frecuencia superpuesta a la corriente alterna o directa
de soldado ayuda a comenzar el arco y tambieacuten lo estabiliza Las operaciones tanto
manuales como automaacuteticas son posibles El proceso exige una habilidad considerable
pero produce soldaduras de muy alta calidad en casi cualquier material en cualquier
posicioacuten de soldado y tambieacuten en calibres delgados (menores de 6 mm) La zona de la
soldadura es visible y no hay chisporroteo de soldadura o formacioacuten de escoria aunque las
partiacuteculas del electrodo pueden entrar a la soIacutedadura si el electrodo se sobrecalienta o toca
el bantildeo de soldadura
Soldadura con arco de plasma (PAW) Si el arco y dentro de eacutel el plasma es
restringido por un orificio la intensidad caloriacutefica se eleva (pig I S- 1 8b) Primero el arco
se produce entre el electrodo y la boquilla aplicando un voltaje de alta frecuencia Luego se
acerca el soplete a la pieza de trabajo (meacutetodo de operacioacuten de arco de plasma transferido)
A densidades bajas de corriente en el modo fusioacuten interna la zona de la soldadura es
similar en forma a la soldadura con arco a altas densidades de corriente el modo de
agujero de cerradura (Pig lS-1 8b) prevalece y el metal resolidifica atraacutes del haz de plasma
moacutevil En la teacutecnica de arco no transferido la boquilla de constriccioacuten es conectada a la
terminal positiva el arco se produce entre el electrodo y la boquilla y calienta la pieza de
trabajo por radiacioacuten Esta teacutecnica tambieacuten se utiliza para el rociacuteo de plasma (recubrimiento
de superficies La PAW es particularmente uacutetil para la soldadura de laacuteminas delgadas El
tamantildeo pequentildeo de la zona requiere control cuidadoso de la trayectoria Se practican las
formas manual y mecaacutenica y el metal de aporte se puede usar si se necesita un suministro
extra de material
La soldadura con arco de carbono (CAW) Fue la precursora de los procesos
actuales de electrodo no consumible El arco es producido entre la pieza de trabajo y un
electrodo de carbono o entre dos electrodos de carbono
Soldadura con electrodo consumible
En este grupo de procesos el electrodo consumible es un metal que se funde para
hacerse parte del cordoacuten de soldadura A menudo su composicioacuten es diferente de la de los
metales base y se pueden encontrar recomendaciones en los trabajos de referencia citados al
final de este capiacutetulo La zona de la soldadura estaacute protegida por un gas o un fundente
Soldadura con arco metaacutelico y gas (GMAW) El electrodo metaacutelico consumible alimentado
por medio de la pistola para soldar estaacute protegido por un gas inerte de ahiacute el viejo
acroacutenimo soldadura MIG (metal-gas inerte) (Fig 18-18c) Es adecuada para la mayoriacutea de
los metales Igual que con la GTAW no se forma escoria y se pueden acumular varias
capas con poca o ninguna limpieza intermedia El argoacuten es un gas adecuado para todos los
materiales algunas veces se prefiere helio --debido a su mayor potencial de ionizacioacuten y
por lo tanto mayor rapidez de generacioacuten de calor- para la soldadura de aluminio y cobre
el Ar con entre 2 y 30 de CO2 o CO2 puro generalmente se emplea para aceros al carbono
tambieacuten se estaacuten introduciendo los gases especiales adaptados para tareas especiacuteficas
Normalmente el electrodo se conecta a la terminal positiva (DCEP o polaridad invertida)
La densidad de corriente es el determinante principal del modo de transferencia de metal
Para una baja corriente de soldado ocurre una transferencia por cortocircuito el electrodo
toca la pieza de trabajo la corriente aumenta la punta del alambre se funde y se transfiere
una gotita El gas protector es elegido para minimizar la salpicadura (C02 para el acero Ar-
He para metales no ferrosos) A mayores intensidades de corriente (y con CO2 casi
siempre) prevalece la transferencia globular las partiacuteculas maacutes grandes que el electrodo
caen por gravedad La gota se debe separar antes que llegue al charco de soldadura y soacutelo
es posible la soldadura horizontal Por encima de una densidad criacutetica de corriente el metal
es transferido en un rociacuteo fino (transferencia por rociacuteo) mediante las fuerzas del arco de ahiacute
que se puedan utilizar todas las posiciones de soldadura Se obtienen soldaduras maacutes
consistentes con el uso de corriente pulsante de soldadura una corriente baja de fondo
mantiene el arco y la transferencia de metal ocurre cuando los impulsos de la corriente
exceden el nivel requerido para la transferencia por rociacuteo El gas de proteccioacuten es Ar o una
mezcla de eacutel En una variante se alimenta alambre en un soplete de plasma (soldadura MIG
de plasma) El electrodo de alambre se suministra en longitudes grandes enrolladas que
permiten soldaduras continuas en cualquier posicioacuten de soldado En la soldadura
semiautomaacutetica el soldador guiacutea la pistola y ajusta los paraacutemetros del proceso en la
soldadura automaacutetica todas las funciones son asumidas por la maacutequina de soldar o robot
La soldadura en el sitio puede ser difiacutecil porque las corrientes de aire soplan el gas protector
lejos de la zona de soldadura
Soldadura con arco metaacutelico protegido (SMAW) De nuevo el arco se produce entre
el alambre o varilla de aporte y las piezas que se van a unir (Fig 1 8- 1 9a) pero ahora la
proteccioacuten es suministrada por un recubrimiento aplicado al exterior del alambre de aporte
(electrodo recubierto) El recubrimiento cumple varias funciones su combustioacuten y
descomposicioacuten con el calor del arco crea una atmoacutesfera protectora la fusioacuten del
recubrimiento proporciona una cubierta de escoria fundida sobre la soldadura el contenido
de Na o K del recubrimiento se ioniza faacutecilmente para estabilizar el arco Tambieacuten se
pueden introducir elementos aleantes desde el recubrimiento La eleccioacuten del electrodo (que
tambieacuten determina la polaridad) es criacutetica para el eacutexito Durante la soldadura el electrodo
se funde a una rapidez de aproximadamente 250 mmmin mientras que el recubrimiento se
funde para formar una escoria que se debe eliminar si se requiere maacutes de una pasada para
acumular el espesor completo de la soldadura Corno el recubrimiento es fraacutegil se usan
varillas rectas tiacutepicamente de 450 mm de longitud haciendo a este proceso adecuado soacutelo
para la operacioacuten manual con una rapidez relativamente lenta pero auacuten a bajo costo El
proceso es versaacutetil y adecuado para la aplicacioacuten en campo aunque precisa de una
habilidad considerable1048801 Es posible el soldado en todas las posiciones incluyendo el
realizado por arriba de la cabeza si el metal y la escoria solidifican suficientemente raacutepido
Soldadura de arco con nuacutecleo fundente (FCAW) Baacutesicamente se obtiene el mismo
resultado pero una penetracioacuten maacutes profunda con el fundente dentro de un tubo El alambre
para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automaacutetica continua Algunas
veces se proporciona una proteccioacuten adicional con un gas entonces el proceso se parece a
la soldadura con arco metaacutelico y gas
Soldadura de arco sumergido (SAW) Ahora el electrodo consumible es alambre de
aporte sin recubrimiento y la zona de la soldadura estaacute protegida por un fundente granular
suministrado independientemente desde un alimentador (Fig 1 8- 1 9b) en una capa gruesa
que cubre el arco El fundente protege el arco permite alta corriente y gran profundidad de
penetracioacuten asegura alta eficiencia actuacutea corno desoxidante y depurador y puede contener
elementos aleantes de polvo de metal La SAW es primordialmente un proceso automaacutetico
de soldadura con elevada rapidez de deposicioacuten Los electrodos en tandem sirven para
depositar grandes cantidades de material de aporte La posicioacuten de la soldadura debe ser
horizontal de esta manera es adecuada para tuberiacuteas de acero cilindros y tambieacuten para
soldaduras circulares si se gira la pieza de trabajo La soldadura de arco sumergido doble
(con una soldadura desde el interior y otra desde el exterior) se emplea para fabricar
tuberiacuteas soldadas en espiral Tambieacuten se puede usar con robots soldadores con la pieza de
trabajo manipulada en posiciones apropiadas
Soldadura con electroescoria (ESW) El proceso se utiliza ampliamente para soldar
uniones verticales en placas y estructuras gruesas (25 mm o maacutes) como plataformas de
perforacioacuten de petroacuteleo puentes barcos y marcos de prensas y molinos de laminacioacuten El
alambre del electrodo es alimentado a un bantildeo de escoria fundida (Fig 1 8 - 1 9c)
inicialmente se produce un arco pero luego se apaga debido a la escoria y el calor de la
fusioacuten es suministrado por el calentamiento por resistencia en la escoria Zapatas (represas)
de cobre enfriados con agua cierran el espacio entre las piezas que se van a soldar para
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
se unen faacutecilmente En la FRW de accionamiento por inercia la rotacioacuten es impartida por
un volante de inercia cuya energiacutea se calcula de manera que la soldadura sea completada
cuando la rotacioacuten se detiene
SOLDADURA POR FUSIOacuteN
En la gran mayoriacutea de las aplicaciones el enlace interatoacutemico se establece por
fusioacuten Cuando los materiales de la pieza de trabajo (metal base) y el metal de aporte (si es
que se usa) tienen composiciones y puntos de fusioacuten similares pero no necesariamente
ideacutenticos al proceso se le denomina soldadura por fusioacuten o simplemente soldadura
La soldadura estaacute muy relacionada con los procesos de fundicioacuten Se suministra
calor para fundir el metal base y el de aporte La fusioacuten es contenida fiacutesicamente en la zona
de fusioacuten donde por medio de su contacto con el metal base circundante de alta
conductividad teacutermica se enfriacutea raacutepidamente (tiacutepicamente a decenas de cientos de grados
por segundo) De esta manera la rapidez de enfriamiento estaacute entre la que predomina en la
fundicioacuten en molde permanente y en la atomizacioacuten el control adecuado requiere una
familiaridad completa con la metalurgia de no equilibrio
SOLDADURA POR RESISTENCIA
La soldadura por resistencia representa de alguna forma una transicioacuten de la
soldadura en estado soacutelido a soldadura por fusioacuten Las dos piezas por unirse se prensan en
conjunto y se pasa una corriente alterna por la zona de contacto Si se aplica la presioacuten
correcta esta zona presentaraacute la mayor resistencia en el circuito eleacutectrico y alliacute se
concentraraacuten las peacuterdidas de potencia La energiacutea se convierte en calor La corriente se deja
activa hasta que ocurre la fusioacuten en la interfase entre las dos piezas y la presioacuten se
mantiene hasta que la soldadura solidifica De acuerdo con la ley de Joule el calor
generado (en joules) es
donde 1 es la corriente (A) R la resistencia (n) y t la duracioacuten de la aplicacioacuten de la
corriente en segundos El voltaje puede ser bajo tiacutepicamente de 05 a 10 V pero las
corrientes pueden ser muy altas (como ejemplos veacutease la Fig 18-15)
Como el calor se debe concentrar en la zona de soldadura la resistencia fuera de ella
debe ser baja especialmente en los puntos donde la corriente es suministrada a las piezas de
trabajo por medio de electrodos Los materiales de alta conductividad teacutermica y alto calor
especiacutefico (como el aluminio o el cobre) exigen corrientes muy elevadas para evitar la
disipacioacuten del calor
La limpieza de la superficie es importante pero no tan vital como en las uniones de
estado soacutelido pues los contaminantes son expulsados de la fusioacuten No obstante las
escamas las peliacuteculas gruesas de aceite y la pintura deben ser eliminados aunque una
preparacioacuten de la superficie relativamente sencilla es adecuada y tambieacuten es factible soldar
el acero recubierto de zinc El control de la calidad es sumamente importante Las
soldaduras se prueban destructivamente para establecer los paraacutemetros oacuteptimos del proceso
despueacutes la inspeccioacuten incluye teacutecnicas de medicioacuten de la temperatura de la superficie (a
partir de la cual se extrapolan las temperaturas de la zona de soldadura) ultrasoacutenicas y de
emisioacuten acuacutestica Son posibles el control de circuito cerrado y el adaptivo
Soldadura de puntos por resistencia (RSW) Debido a la amplia difusioacuten de la
aplicacioacuten de piezas de laacutemina metaacutelica la soldadura de puntos por resistencia ha adquirido
una posicioacuten prominente desde la sujecioacuten de asas de artiacuteculos de cocina hasta el ensamble
de carroceriacuteas completas de automoacuteviles (hay varios miles de soldaduras de punto por cada
automoacutevil) Dos electrodos normalmente enfriados por agua presionan juntas dos laacuteminas
(Fig 18-15a) Los electrodos estaacuten hechos de materiales de alta conductividad y elevada
resistencia en caliente como el cobre con algunas adiciones de Cd Cr o Be o aleaciones
de cobre-tungsteno o molibdeno Entonces la corriente se aplica durante un nuacutemero
predeterminado de ciclos (en la industria automotriz l O a 30 ciclos para una corriente de
60 Hz) despueacutes de lo cual la interfaz se calienta y en una fraccioacuten de segundo se forma una
zona fundida (pepita de soldadura) La presioacuten se libera soacutelo despueacutes que l a corriente ha
sido desconectada y que la pepita ha solidificado La superficie de la laacutemina presenta una
ligera depresioacuten y decoloracioacuten Los electrodos pueden incorporarse en una maacutequina fija o
en una pistola portaacutetil de soldador Se emplean electrodos muacuteltiples (algunas veces cientos)
para la soldadura de ensambles grandes con grupos de electrodos puestos en contacto en
una secuencia programada Una serie de soldaduras puede realizarse con precisioacuten y en una
raacutepida sucesioacuten mediante robots soldadores La calidad de la soldadura se asegura con
mediciones durante el proceso basadas por ejemplo en el cambio de la resistencia
mientras se forma la pepita o en la emisioacuten acuacutestica que ocurre durante la expulsioacuten de
metal
Soldadura por proyeccioacuten (RPW) La extensioacuten de la zona soldada se controla
mejor y se realizan varias soldaduras simultaacuteneamente con soacutelo un electrodo cuando
pequentildeos se estampan o acuntildean hoyuelos o proyecciones en una de las laacuteminas Cuando
se aplica la corriente las proyecciones se suavizan y se empujan de regreso a su lugar con
la presioacuten del electrodo a medida que se forma la pepita de soldadura (Fig 18- 1 5b) Las
proyecciones forjadas o maquinadas en cuerpos soacutelidos permiten soldarlos a una laacutemina o a
otro cuerpo soacutelido Una forma de la soldadura por proyeccioacuten se practica cuando se sueldan
por resistencia mallas formadas con alambres cruzados
Soldadura de costura por resistencia (RSEW) Una serie de soldaduras de punto
se hace mucho maacutes raacutepido a lo largo de una liacutenea si los electrodos tienen forma de rodillos
(Fig 18-15c) La corriente se enciende y se apaga en una sucesioacuten planeada
proporcionando espaciamiento uniforme de los puntos Cuando una corriente alterua
permanece activa se realiza la soldadura de un punto cada vez que la corriente alcanza su
valor pico y las soldaduras se espacian suficientemente cerca para producir una unioacuten
hermeacutetica a gas y liacutequido La soldadura de costura por resistencia es uno de los meacutetodos
para producir el cuerpo de una lata y se usa para la manufactura secciones de vigas y de
cajas En la soldadura de costura aplastada (Fig 18-1 5d) el traslape soacutelo es 1 0 2 veces el
espesor de la laacutemina y los rodillos soldadores aplican suficiente presioacuten para reducir la
costura cerca de 10 sobre los espesores de la laacutemina base Eacuteste es uno de los procesos que
se emplean para fabricar blancos a la medida
Soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) Una aplicacioacuten importante
de la soldadura por resistencia es en la manufactura de tubos tuberiacuteas miembros
estructurales y rines de ruedas Los tubos se forman con rodillo Y entonces la costura
longitudinal se realiza mediante soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) en la
que la corriente eleacutectrica se aplica por medio de electrodos deslizantes o rodantes (Fig 18-
16a) En la soldadura por induccioacuten de alta frecuencia (HF1W por sus siglas en ingleacutes) el
tubo es rodeado por una bobina de induccioacuten y la frecuencia de operacioacuten se eliacutege para
obtener la penetracioacuten oacuteptima las frecuencias mayores penetran a una profundidad menor
En ambas HFRW y FF1W existe una zona fundida y localizada formada que luego se
expulsa inmediatamente a traveacutes de compresioacuten Usualmente se recorta el exceso de metal
Soldadura por chispas y recalcado La soldadura por recalcado en general
significa la unioacuten de dos cuerpos al prensarlos juntos con una fuerza suficiente para causar
deformacioacuten En el sentido maacutes particular el teacutermino se aplica a la soldadura por
resistencia en la que igual que en la soldadura de puntos la presioacuten es aplicada antes de
activar la corriente En la actualidad estaacute mucho maacutes difundida la soldadura a tope por
chispas o soldadura por chispas (FW) en que la corriente se aplica durante la aproximacioacuten
de las dos partes de esta manera ocurre un calentamiento extremadamente raacutepido cuando
hacen contacto primero las irregularidades superficiales El metal fundido se expulsa
violentamente y se quema en el aire produciendo alguacuten arqueo de ahiacute el nombre de
chispas Se puede quemar una longitud sustancialpara asegurar una buena soldadura pero
todo el metal liacutequido es expulsado y la soldadurase forma recalcando las superficies
calientes soacutelidas de metal (Fig 1 8- 1 6b) (soldadura por recalcado UW) Asiacute la resistencia
de la unioacuten no es afectada por la presencia de residuos de metal de soldadura fundido Por
lo tanto el proceso se considera como una transicioacuten entre los procesos de fase liacutequida y los
de fase soacutelida Se produciraacute una buena soldadura soacutelo si la rapidez de aproximacioacuten la
corriente y el voltaje el viaje total y la presioacuten de recalcado son controlados
cuidadosamente Actualmente el control manual es reemplazado por el control adaptivo
automaacutetico El desplazamiento de metal crea una rebaba que debe eliminarse Las caras
extremas que se van a unir a menudo se achaflanan de manera que la fusioacuten se mueva
desde el centro hacia fuera para expulsar los contaminantes en la rebaba El
precalentamiento es posible al activar la corriente despueacutes que las caras fueron prensadas
juntas pero luego eacutestas se separan ligeramente para inducir chispas Para el calentamiento
uniforme ambas partes deben tener aacutereas iguales de seccioacuten transversal aunque su
composicioacuten puede ser diferente por ejemplo en la unioacuten de un vaacutestago de acero al bajo
carbono con una broca de una herramienta de HSS Las barras y secciones dobladas en
forma de anillos los tubos y las estructuras de laacutemina con frecuencia se sueldan extremo
con extremo este meacutetodo se usa ampliamente para unir las puntas de alambre y rollos de
laacutemina para permitir la operacioacuten continua de las liacuteneas de procesamiento
SOLDADURA CON ARCO ELEacuteCT RICO
La soldadura con arco eleacutectrico difiere de la soldadura por resistencia eleacutectrica en
que un arco sostenido genera el calor para fundir el material de la pieza de trabajo (y si se
utiliza la varilla de aporte) Los eventos se muestran mejor en el ejemplo de la soldadura
con arco de tungsteno y gas (GTAW)
Cuando el electrodo de tungsteno se conecta a la terminal negativa de una fuente de
poder (en modo de polaridad directa o de corriente directa de electrodo negativoDCEN) se
convierte en el caacutetodo la pieza de trabajo conectada a la terminal positivase transforma en
el aacutenodo (Fig 1 8- 1 7a) Un gas inerte protege a ambos electrodos El caacutetodo se calienta
con la corriente de soldado hasta que se alcanza lafuncioacuten de trabajo (la energiacutea necesaria
para desalojar los electrones) del tungsteno La emisioacuten inducida teacutermicamente
(termoioacutenica) crea una carga espacial (una nube de electrones) en la que los electrones
fluyen a la pieza de trabajo (aacutenodo) donde se genera la mayoriacutea del calor (el flujo de
electrones es responsable de 85 de la transferencia caloriacutefica) En el espacio entre la
punta del electrodo y la pieza de trabajo la alta temperatura ioniza un poco del gas los
electrones son desalojados y se forma un plasma conductor de la electricidad (una mezcla
neutra de electrones e iones positivos) La energiacutea de los electrones incidentes calienta la
pieza de trabajo La zona de la soldadura a menudo es profunda y angosta (Fig 1 8- 1 7b)
Cuando la polaridad se invierte con el electrodo conectado a la terminal positiva
(modo de polaridad invertida de o corriente directa de electrodo positivo DCEP) la pieza
de trabaj o se convierte en el caacutetodo La zona de la soldadura es maacutes amplia y menos
profunda (Fig 1 8- 1 7c) por lo tanto este modo de operacioacuten es maacutes adecuado para
material de calibre delgado que se quemariacutea completamente en el modo DCEN
La polaridad inversa tiene un efecto adicional las peliacuteculas de oacutexido en las superficies de
piezas de trabajo de Al y Mg son desalojadas de esta manera la superficie se puede
limpiar ya sea invirtiendo la polaridad brevemente en el modo DCEN o usando una
corriente CA (Fig 1 8- 1 7d)
Soldadura con electrodo no consumible
En estos procesos el electrodo no se funde y el metal de la soldadura es
suministrado por el flujo del metal base (soldadura autoacutegena) o para laacutemina gruesa (gt 3
mm de espesor) por medio de una varilla separada de material de aporte
Soldadura de tungsteno con arco eleacutectrico y gas (GTAW) Como se indicoacute el arco se
mantiene entre la pieza de trabajo y el electrodo de tungsteno protegido por un gas inerte
(de ahiacute el antiguo nombre de soldadura de tungsteno con gas inerte o soldadura TIG Fig I
S - I Sa) La atmoacutesfera protectora es provista por el argoacuten el cual tiene un potencial de
ionizacioacuten menor y por ello precisa menos voltaje (alrededor de 1 0 V) pero proporciona
un arco eleacutectrico menos caliente y una penetracioacuten menos profunda que el helio La
polaridad es DCEN excepto para Al y Mg donde la CA es uacutetil para quitar el oacutexido Para
producir el arco eleacutectrico la emisioacuten de electrones y la ionizacioacuten del gas se inician
retirando el electrodo de la superficie de trabajo de manera controlada o con la ayuda de un
arco iniciador Una corriente de alta frecuencia superpuesta a la corriente alterna o directa
de soldado ayuda a comenzar el arco y tambieacuten lo estabiliza Las operaciones tanto
manuales como automaacuteticas son posibles El proceso exige una habilidad considerable
pero produce soldaduras de muy alta calidad en casi cualquier material en cualquier
posicioacuten de soldado y tambieacuten en calibres delgados (menores de 6 mm) La zona de la
soldadura es visible y no hay chisporroteo de soldadura o formacioacuten de escoria aunque las
partiacuteculas del electrodo pueden entrar a la soIacutedadura si el electrodo se sobrecalienta o toca
el bantildeo de soldadura
Soldadura con arco de plasma (PAW) Si el arco y dentro de eacutel el plasma es
restringido por un orificio la intensidad caloriacutefica se eleva (pig I S- 1 8b) Primero el arco
se produce entre el electrodo y la boquilla aplicando un voltaje de alta frecuencia Luego se
acerca el soplete a la pieza de trabajo (meacutetodo de operacioacuten de arco de plasma transferido)
A densidades bajas de corriente en el modo fusioacuten interna la zona de la soldadura es
similar en forma a la soldadura con arco a altas densidades de corriente el modo de
agujero de cerradura (Pig lS-1 8b) prevalece y el metal resolidifica atraacutes del haz de plasma
moacutevil En la teacutecnica de arco no transferido la boquilla de constriccioacuten es conectada a la
terminal positiva el arco se produce entre el electrodo y la boquilla y calienta la pieza de
trabajo por radiacioacuten Esta teacutecnica tambieacuten se utiliza para el rociacuteo de plasma (recubrimiento
de superficies La PAW es particularmente uacutetil para la soldadura de laacuteminas delgadas El
tamantildeo pequentildeo de la zona requiere control cuidadoso de la trayectoria Se practican las
formas manual y mecaacutenica y el metal de aporte se puede usar si se necesita un suministro
extra de material
La soldadura con arco de carbono (CAW) Fue la precursora de los procesos
actuales de electrodo no consumible El arco es producido entre la pieza de trabajo y un
electrodo de carbono o entre dos electrodos de carbono
Soldadura con electrodo consumible
En este grupo de procesos el electrodo consumible es un metal que se funde para
hacerse parte del cordoacuten de soldadura A menudo su composicioacuten es diferente de la de los
metales base y se pueden encontrar recomendaciones en los trabajos de referencia citados al
final de este capiacutetulo La zona de la soldadura estaacute protegida por un gas o un fundente
Soldadura con arco metaacutelico y gas (GMAW) El electrodo metaacutelico consumible alimentado
por medio de la pistola para soldar estaacute protegido por un gas inerte de ahiacute el viejo
acroacutenimo soldadura MIG (metal-gas inerte) (Fig 18-18c) Es adecuada para la mayoriacutea de
los metales Igual que con la GTAW no se forma escoria y se pueden acumular varias
capas con poca o ninguna limpieza intermedia El argoacuten es un gas adecuado para todos los
materiales algunas veces se prefiere helio --debido a su mayor potencial de ionizacioacuten y
por lo tanto mayor rapidez de generacioacuten de calor- para la soldadura de aluminio y cobre
el Ar con entre 2 y 30 de CO2 o CO2 puro generalmente se emplea para aceros al carbono
tambieacuten se estaacuten introduciendo los gases especiales adaptados para tareas especiacuteficas
Normalmente el electrodo se conecta a la terminal positiva (DCEP o polaridad invertida)
La densidad de corriente es el determinante principal del modo de transferencia de metal
Para una baja corriente de soldado ocurre una transferencia por cortocircuito el electrodo
toca la pieza de trabajo la corriente aumenta la punta del alambre se funde y se transfiere
una gotita El gas protector es elegido para minimizar la salpicadura (C02 para el acero Ar-
He para metales no ferrosos) A mayores intensidades de corriente (y con CO2 casi
siempre) prevalece la transferencia globular las partiacuteculas maacutes grandes que el electrodo
caen por gravedad La gota se debe separar antes que llegue al charco de soldadura y soacutelo
es posible la soldadura horizontal Por encima de una densidad criacutetica de corriente el metal
es transferido en un rociacuteo fino (transferencia por rociacuteo) mediante las fuerzas del arco de ahiacute
que se puedan utilizar todas las posiciones de soldadura Se obtienen soldaduras maacutes
consistentes con el uso de corriente pulsante de soldadura una corriente baja de fondo
mantiene el arco y la transferencia de metal ocurre cuando los impulsos de la corriente
exceden el nivel requerido para la transferencia por rociacuteo El gas de proteccioacuten es Ar o una
mezcla de eacutel En una variante se alimenta alambre en un soplete de plasma (soldadura MIG
de plasma) El electrodo de alambre se suministra en longitudes grandes enrolladas que
permiten soldaduras continuas en cualquier posicioacuten de soldado En la soldadura
semiautomaacutetica el soldador guiacutea la pistola y ajusta los paraacutemetros del proceso en la
soldadura automaacutetica todas las funciones son asumidas por la maacutequina de soldar o robot
La soldadura en el sitio puede ser difiacutecil porque las corrientes de aire soplan el gas protector
lejos de la zona de soldadura
Soldadura con arco metaacutelico protegido (SMAW) De nuevo el arco se produce entre
el alambre o varilla de aporte y las piezas que se van a unir (Fig 1 8- 1 9a) pero ahora la
proteccioacuten es suministrada por un recubrimiento aplicado al exterior del alambre de aporte
(electrodo recubierto) El recubrimiento cumple varias funciones su combustioacuten y
descomposicioacuten con el calor del arco crea una atmoacutesfera protectora la fusioacuten del
recubrimiento proporciona una cubierta de escoria fundida sobre la soldadura el contenido
de Na o K del recubrimiento se ioniza faacutecilmente para estabilizar el arco Tambieacuten se
pueden introducir elementos aleantes desde el recubrimiento La eleccioacuten del electrodo (que
tambieacuten determina la polaridad) es criacutetica para el eacutexito Durante la soldadura el electrodo
se funde a una rapidez de aproximadamente 250 mmmin mientras que el recubrimiento se
funde para formar una escoria que se debe eliminar si se requiere maacutes de una pasada para
acumular el espesor completo de la soldadura Corno el recubrimiento es fraacutegil se usan
varillas rectas tiacutepicamente de 450 mm de longitud haciendo a este proceso adecuado soacutelo
para la operacioacuten manual con una rapidez relativamente lenta pero auacuten a bajo costo El
proceso es versaacutetil y adecuado para la aplicacioacuten en campo aunque precisa de una
habilidad considerable1048801 Es posible el soldado en todas las posiciones incluyendo el
realizado por arriba de la cabeza si el metal y la escoria solidifican suficientemente raacutepido
Soldadura de arco con nuacutecleo fundente (FCAW) Baacutesicamente se obtiene el mismo
resultado pero una penetracioacuten maacutes profunda con el fundente dentro de un tubo El alambre
para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automaacutetica continua Algunas
veces se proporciona una proteccioacuten adicional con un gas entonces el proceso se parece a
la soldadura con arco metaacutelico y gas
Soldadura de arco sumergido (SAW) Ahora el electrodo consumible es alambre de
aporte sin recubrimiento y la zona de la soldadura estaacute protegida por un fundente granular
suministrado independientemente desde un alimentador (Fig 1 8- 1 9b) en una capa gruesa
que cubre el arco El fundente protege el arco permite alta corriente y gran profundidad de
penetracioacuten asegura alta eficiencia actuacutea corno desoxidante y depurador y puede contener
elementos aleantes de polvo de metal La SAW es primordialmente un proceso automaacutetico
de soldadura con elevada rapidez de deposicioacuten Los electrodos en tandem sirven para
depositar grandes cantidades de material de aporte La posicioacuten de la soldadura debe ser
horizontal de esta manera es adecuada para tuberiacuteas de acero cilindros y tambieacuten para
soldaduras circulares si se gira la pieza de trabajo La soldadura de arco sumergido doble
(con una soldadura desde el interior y otra desde el exterior) se emplea para fabricar
tuberiacuteas soldadas en espiral Tambieacuten se puede usar con robots soldadores con la pieza de
trabajo manipulada en posiciones apropiadas
Soldadura con electroescoria (ESW) El proceso se utiliza ampliamente para soldar
uniones verticales en placas y estructuras gruesas (25 mm o maacutes) como plataformas de
perforacioacuten de petroacuteleo puentes barcos y marcos de prensas y molinos de laminacioacuten El
alambre del electrodo es alimentado a un bantildeo de escoria fundida (Fig 1 8 - 1 9c)
inicialmente se produce un arco pero luego se apaga debido a la escoria y el calor de la
fusioacuten es suministrado por el calentamiento por resistencia en la escoria Zapatas (represas)
de cobre enfriados con agua cierran el espacio entre las piezas que se van a soldar para
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
Como el calor se debe concentrar en la zona de soldadura la resistencia fuera de ella
debe ser baja especialmente en los puntos donde la corriente es suministrada a las piezas de
trabajo por medio de electrodos Los materiales de alta conductividad teacutermica y alto calor
especiacutefico (como el aluminio o el cobre) exigen corrientes muy elevadas para evitar la
disipacioacuten del calor
La limpieza de la superficie es importante pero no tan vital como en las uniones de
estado soacutelido pues los contaminantes son expulsados de la fusioacuten No obstante las
escamas las peliacuteculas gruesas de aceite y la pintura deben ser eliminados aunque una
preparacioacuten de la superficie relativamente sencilla es adecuada y tambieacuten es factible soldar
el acero recubierto de zinc El control de la calidad es sumamente importante Las
soldaduras se prueban destructivamente para establecer los paraacutemetros oacuteptimos del proceso
despueacutes la inspeccioacuten incluye teacutecnicas de medicioacuten de la temperatura de la superficie (a
partir de la cual se extrapolan las temperaturas de la zona de soldadura) ultrasoacutenicas y de
emisioacuten acuacutestica Son posibles el control de circuito cerrado y el adaptivo
Soldadura de puntos por resistencia (RSW) Debido a la amplia difusioacuten de la
aplicacioacuten de piezas de laacutemina metaacutelica la soldadura de puntos por resistencia ha adquirido
una posicioacuten prominente desde la sujecioacuten de asas de artiacuteculos de cocina hasta el ensamble
de carroceriacuteas completas de automoacuteviles (hay varios miles de soldaduras de punto por cada
automoacutevil) Dos electrodos normalmente enfriados por agua presionan juntas dos laacuteminas
(Fig 18-15a) Los electrodos estaacuten hechos de materiales de alta conductividad y elevada
resistencia en caliente como el cobre con algunas adiciones de Cd Cr o Be o aleaciones
de cobre-tungsteno o molibdeno Entonces la corriente se aplica durante un nuacutemero
predeterminado de ciclos (en la industria automotriz l O a 30 ciclos para una corriente de
60 Hz) despueacutes de lo cual la interfaz se calienta y en una fraccioacuten de segundo se forma una
zona fundida (pepita de soldadura) La presioacuten se libera soacutelo despueacutes que l a corriente ha
sido desconectada y que la pepita ha solidificado La superficie de la laacutemina presenta una
ligera depresioacuten y decoloracioacuten Los electrodos pueden incorporarse en una maacutequina fija o
en una pistola portaacutetil de soldador Se emplean electrodos muacuteltiples (algunas veces cientos)
para la soldadura de ensambles grandes con grupos de electrodos puestos en contacto en
una secuencia programada Una serie de soldaduras puede realizarse con precisioacuten y en una
raacutepida sucesioacuten mediante robots soldadores La calidad de la soldadura se asegura con
mediciones durante el proceso basadas por ejemplo en el cambio de la resistencia
mientras se forma la pepita o en la emisioacuten acuacutestica que ocurre durante la expulsioacuten de
metal
Soldadura por proyeccioacuten (RPW) La extensioacuten de la zona soldada se controla
mejor y se realizan varias soldaduras simultaacuteneamente con soacutelo un electrodo cuando
pequentildeos se estampan o acuntildean hoyuelos o proyecciones en una de las laacuteminas Cuando
se aplica la corriente las proyecciones se suavizan y se empujan de regreso a su lugar con
la presioacuten del electrodo a medida que se forma la pepita de soldadura (Fig 18- 1 5b) Las
proyecciones forjadas o maquinadas en cuerpos soacutelidos permiten soldarlos a una laacutemina o a
otro cuerpo soacutelido Una forma de la soldadura por proyeccioacuten se practica cuando se sueldan
por resistencia mallas formadas con alambres cruzados
Soldadura de costura por resistencia (RSEW) Una serie de soldaduras de punto
se hace mucho maacutes raacutepido a lo largo de una liacutenea si los electrodos tienen forma de rodillos
(Fig 18-15c) La corriente se enciende y se apaga en una sucesioacuten planeada
proporcionando espaciamiento uniforme de los puntos Cuando una corriente alterua
permanece activa se realiza la soldadura de un punto cada vez que la corriente alcanza su
valor pico y las soldaduras se espacian suficientemente cerca para producir una unioacuten
hermeacutetica a gas y liacutequido La soldadura de costura por resistencia es uno de los meacutetodos
para producir el cuerpo de una lata y se usa para la manufactura secciones de vigas y de
cajas En la soldadura de costura aplastada (Fig 18-1 5d) el traslape soacutelo es 1 0 2 veces el
espesor de la laacutemina y los rodillos soldadores aplican suficiente presioacuten para reducir la
costura cerca de 10 sobre los espesores de la laacutemina base Eacuteste es uno de los procesos que
se emplean para fabricar blancos a la medida
Soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) Una aplicacioacuten importante
de la soldadura por resistencia es en la manufactura de tubos tuberiacuteas miembros
estructurales y rines de ruedas Los tubos se forman con rodillo Y entonces la costura
longitudinal se realiza mediante soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) en la
que la corriente eleacutectrica se aplica por medio de electrodos deslizantes o rodantes (Fig 18-
16a) En la soldadura por induccioacuten de alta frecuencia (HF1W por sus siglas en ingleacutes) el
tubo es rodeado por una bobina de induccioacuten y la frecuencia de operacioacuten se eliacutege para
obtener la penetracioacuten oacuteptima las frecuencias mayores penetran a una profundidad menor
En ambas HFRW y FF1W existe una zona fundida y localizada formada que luego se
expulsa inmediatamente a traveacutes de compresioacuten Usualmente se recorta el exceso de metal
Soldadura por chispas y recalcado La soldadura por recalcado en general
significa la unioacuten de dos cuerpos al prensarlos juntos con una fuerza suficiente para causar
deformacioacuten En el sentido maacutes particular el teacutermino se aplica a la soldadura por
resistencia en la que igual que en la soldadura de puntos la presioacuten es aplicada antes de
activar la corriente En la actualidad estaacute mucho maacutes difundida la soldadura a tope por
chispas o soldadura por chispas (FW) en que la corriente se aplica durante la aproximacioacuten
de las dos partes de esta manera ocurre un calentamiento extremadamente raacutepido cuando
hacen contacto primero las irregularidades superficiales El metal fundido se expulsa
violentamente y se quema en el aire produciendo alguacuten arqueo de ahiacute el nombre de
chispas Se puede quemar una longitud sustancialpara asegurar una buena soldadura pero
todo el metal liacutequido es expulsado y la soldadurase forma recalcando las superficies
calientes soacutelidas de metal (Fig 1 8- 1 6b) (soldadura por recalcado UW) Asiacute la resistencia
de la unioacuten no es afectada por la presencia de residuos de metal de soldadura fundido Por
lo tanto el proceso se considera como una transicioacuten entre los procesos de fase liacutequida y los
de fase soacutelida Se produciraacute una buena soldadura soacutelo si la rapidez de aproximacioacuten la
corriente y el voltaje el viaje total y la presioacuten de recalcado son controlados
cuidadosamente Actualmente el control manual es reemplazado por el control adaptivo
automaacutetico El desplazamiento de metal crea una rebaba que debe eliminarse Las caras
extremas que se van a unir a menudo se achaflanan de manera que la fusioacuten se mueva
desde el centro hacia fuera para expulsar los contaminantes en la rebaba El
precalentamiento es posible al activar la corriente despueacutes que las caras fueron prensadas
juntas pero luego eacutestas se separan ligeramente para inducir chispas Para el calentamiento
uniforme ambas partes deben tener aacutereas iguales de seccioacuten transversal aunque su
composicioacuten puede ser diferente por ejemplo en la unioacuten de un vaacutestago de acero al bajo
carbono con una broca de una herramienta de HSS Las barras y secciones dobladas en
forma de anillos los tubos y las estructuras de laacutemina con frecuencia se sueldan extremo
con extremo este meacutetodo se usa ampliamente para unir las puntas de alambre y rollos de
laacutemina para permitir la operacioacuten continua de las liacuteneas de procesamiento
SOLDADURA CON ARCO ELEacuteCT RICO
La soldadura con arco eleacutectrico difiere de la soldadura por resistencia eleacutectrica en
que un arco sostenido genera el calor para fundir el material de la pieza de trabajo (y si se
utiliza la varilla de aporte) Los eventos se muestran mejor en el ejemplo de la soldadura
con arco de tungsteno y gas (GTAW)
Cuando el electrodo de tungsteno se conecta a la terminal negativa de una fuente de
poder (en modo de polaridad directa o de corriente directa de electrodo negativoDCEN) se
convierte en el caacutetodo la pieza de trabajo conectada a la terminal positivase transforma en
el aacutenodo (Fig 1 8- 1 7a) Un gas inerte protege a ambos electrodos El caacutetodo se calienta
con la corriente de soldado hasta que se alcanza lafuncioacuten de trabajo (la energiacutea necesaria
para desalojar los electrones) del tungsteno La emisioacuten inducida teacutermicamente
(termoioacutenica) crea una carga espacial (una nube de electrones) en la que los electrones
fluyen a la pieza de trabajo (aacutenodo) donde se genera la mayoriacutea del calor (el flujo de
electrones es responsable de 85 de la transferencia caloriacutefica) En el espacio entre la
punta del electrodo y la pieza de trabajo la alta temperatura ioniza un poco del gas los
electrones son desalojados y se forma un plasma conductor de la electricidad (una mezcla
neutra de electrones e iones positivos) La energiacutea de los electrones incidentes calienta la
pieza de trabajo La zona de la soldadura a menudo es profunda y angosta (Fig 1 8- 1 7b)
Cuando la polaridad se invierte con el electrodo conectado a la terminal positiva
(modo de polaridad invertida de o corriente directa de electrodo positivo DCEP) la pieza
de trabaj o se convierte en el caacutetodo La zona de la soldadura es maacutes amplia y menos
profunda (Fig 1 8- 1 7c) por lo tanto este modo de operacioacuten es maacutes adecuado para
material de calibre delgado que se quemariacutea completamente en el modo DCEN
La polaridad inversa tiene un efecto adicional las peliacuteculas de oacutexido en las superficies de
piezas de trabajo de Al y Mg son desalojadas de esta manera la superficie se puede
limpiar ya sea invirtiendo la polaridad brevemente en el modo DCEN o usando una
corriente CA (Fig 1 8- 1 7d)
Soldadura con electrodo no consumible
En estos procesos el electrodo no se funde y el metal de la soldadura es
suministrado por el flujo del metal base (soldadura autoacutegena) o para laacutemina gruesa (gt 3
mm de espesor) por medio de una varilla separada de material de aporte
Soldadura de tungsteno con arco eleacutectrico y gas (GTAW) Como se indicoacute el arco se
mantiene entre la pieza de trabajo y el electrodo de tungsteno protegido por un gas inerte
(de ahiacute el antiguo nombre de soldadura de tungsteno con gas inerte o soldadura TIG Fig I
S - I Sa) La atmoacutesfera protectora es provista por el argoacuten el cual tiene un potencial de
ionizacioacuten menor y por ello precisa menos voltaje (alrededor de 1 0 V) pero proporciona
un arco eleacutectrico menos caliente y una penetracioacuten menos profunda que el helio La
polaridad es DCEN excepto para Al y Mg donde la CA es uacutetil para quitar el oacutexido Para
producir el arco eleacutectrico la emisioacuten de electrones y la ionizacioacuten del gas se inician
retirando el electrodo de la superficie de trabajo de manera controlada o con la ayuda de un
arco iniciador Una corriente de alta frecuencia superpuesta a la corriente alterna o directa
de soldado ayuda a comenzar el arco y tambieacuten lo estabiliza Las operaciones tanto
manuales como automaacuteticas son posibles El proceso exige una habilidad considerable
pero produce soldaduras de muy alta calidad en casi cualquier material en cualquier
posicioacuten de soldado y tambieacuten en calibres delgados (menores de 6 mm) La zona de la
soldadura es visible y no hay chisporroteo de soldadura o formacioacuten de escoria aunque las
partiacuteculas del electrodo pueden entrar a la soIacutedadura si el electrodo se sobrecalienta o toca
el bantildeo de soldadura
Soldadura con arco de plasma (PAW) Si el arco y dentro de eacutel el plasma es
restringido por un orificio la intensidad caloriacutefica se eleva (pig I S- 1 8b) Primero el arco
se produce entre el electrodo y la boquilla aplicando un voltaje de alta frecuencia Luego se
acerca el soplete a la pieza de trabajo (meacutetodo de operacioacuten de arco de plasma transferido)
A densidades bajas de corriente en el modo fusioacuten interna la zona de la soldadura es
similar en forma a la soldadura con arco a altas densidades de corriente el modo de
agujero de cerradura (Pig lS-1 8b) prevalece y el metal resolidifica atraacutes del haz de plasma
moacutevil En la teacutecnica de arco no transferido la boquilla de constriccioacuten es conectada a la
terminal positiva el arco se produce entre el electrodo y la boquilla y calienta la pieza de
trabajo por radiacioacuten Esta teacutecnica tambieacuten se utiliza para el rociacuteo de plasma (recubrimiento
de superficies La PAW es particularmente uacutetil para la soldadura de laacuteminas delgadas El
tamantildeo pequentildeo de la zona requiere control cuidadoso de la trayectoria Se practican las
formas manual y mecaacutenica y el metal de aporte se puede usar si se necesita un suministro
extra de material
La soldadura con arco de carbono (CAW) Fue la precursora de los procesos
actuales de electrodo no consumible El arco es producido entre la pieza de trabajo y un
electrodo de carbono o entre dos electrodos de carbono
Soldadura con electrodo consumible
En este grupo de procesos el electrodo consumible es un metal que se funde para
hacerse parte del cordoacuten de soldadura A menudo su composicioacuten es diferente de la de los
metales base y se pueden encontrar recomendaciones en los trabajos de referencia citados al
final de este capiacutetulo La zona de la soldadura estaacute protegida por un gas o un fundente
Soldadura con arco metaacutelico y gas (GMAW) El electrodo metaacutelico consumible alimentado
por medio de la pistola para soldar estaacute protegido por un gas inerte de ahiacute el viejo
acroacutenimo soldadura MIG (metal-gas inerte) (Fig 18-18c) Es adecuada para la mayoriacutea de
los metales Igual que con la GTAW no se forma escoria y se pueden acumular varias
capas con poca o ninguna limpieza intermedia El argoacuten es un gas adecuado para todos los
materiales algunas veces se prefiere helio --debido a su mayor potencial de ionizacioacuten y
por lo tanto mayor rapidez de generacioacuten de calor- para la soldadura de aluminio y cobre
el Ar con entre 2 y 30 de CO2 o CO2 puro generalmente se emplea para aceros al carbono
tambieacuten se estaacuten introduciendo los gases especiales adaptados para tareas especiacuteficas
Normalmente el electrodo se conecta a la terminal positiva (DCEP o polaridad invertida)
La densidad de corriente es el determinante principal del modo de transferencia de metal
Para una baja corriente de soldado ocurre una transferencia por cortocircuito el electrodo
toca la pieza de trabajo la corriente aumenta la punta del alambre se funde y se transfiere
una gotita El gas protector es elegido para minimizar la salpicadura (C02 para el acero Ar-
He para metales no ferrosos) A mayores intensidades de corriente (y con CO2 casi
siempre) prevalece la transferencia globular las partiacuteculas maacutes grandes que el electrodo
caen por gravedad La gota se debe separar antes que llegue al charco de soldadura y soacutelo
es posible la soldadura horizontal Por encima de una densidad criacutetica de corriente el metal
es transferido en un rociacuteo fino (transferencia por rociacuteo) mediante las fuerzas del arco de ahiacute
que se puedan utilizar todas las posiciones de soldadura Se obtienen soldaduras maacutes
consistentes con el uso de corriente pulsante de soldadura una corriente baja de fondo
mantiene el arco y la transferencia de metal ocurre cuando los impulsos de la corriente
exceden el nivel requerido para la transferencia por rociacuteo El gas de proteccioacuten es Ar o una
mezcla de eacutel En una variante se alimenta alambre en un soplete de plasma (soldadura MIG
de plasma) El electrodo de alambre se suministra en longitudes grandes enrolladas que
permiten soldaduras continuas en cualquier posicioacuten de soldado En la soldadura
semiautomaacutetica el soldador guiacutea la pistola y ajusta los paraacutemetros del proceso en la
soldadura automaacutetica todas las funciones son asumidas por la maacutequina de soldar o robot
La soldadura en el sitio puede ser difiacutecil porque las corrientes de aire soplan el gas protector
lejos de la zona de soldadura
Soldadura con arco metaacutelico protegido (SMAW) De nuevo el arco se produce entre
el alambre o varilla de aporte y las piezas que se van a unir (Fig 1 8- 1 9a) pero ahora la
proteccioacuten es suministrada por un recubrimiento aplicado al exterior del alambre de aporte
(electrodo recubierto) El recubrimiento cumple varias funciones su combustioacuten y
descomposicioacuten con el calor del arco crea una atmoacutesfera protectora la fusioacuten del
recubrimiento proporciona una cubierta de escoria fundida sobre la soldadura el contenido
de Na o K del recubrimiento se ioniza faacutecilmente para estabilizar el arco Tambieacuten se
pueden introducir elementos aleantes desde el recubrimiento La eleccioacuten del electrodo (que
tambieacuten determina la polaridad) es criacutetica para el eacutexito Durante la soldadura el electrodo
se funde a una rapidez de aproximadamente 250 mmmin mientras que el recubrimiento se
funde para formar una escoria que se debe eliminar si se requiere maacutes de una pasada para
acumular el espesor completo de la soldadura Corno el recubrimiento es fraacutegil se usan
varillas rectas tiacutepicamente de 450 mm de longitud haciendo a este proceso adecuado soacutelo
para la operacioacuten manual con una rapidez relativamente lenta pero auacuten a bajo costo El
proceso es versaacutetil y adecuado para la aplicacioacuten en campo aunque precisa de una
habilidad considerable1048801 Es posible el soldado en todas las posiciones incluyendo el
realizado por arriba de la cabeza si el metal y la escoria solidifican suficientemente raacutepido
Soldadura de arco con nuacutecleo fundente (FCAW) Baacutesicamente se obtiene el mismo
resultado pero una penetracioacuten maacutes profunda con el fundente dentro de un tubo El alambre
para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automaacutetica continua Algunas
veces se proporciona una proteccioacuten adicional con un gas entonces el proceso se parece a
la soldadura con arco metaacutelico y gas
Soldadura de arco sumergido (SAW) Ahora el electrodo consumible es alambre de
aporte sin recubrimiento y la zona de la soldadura estaacute protegida por un fundente granular
suministrado independientemente desde un alimentador (Fig 1 8- 1 9b) en una capa gruesa
que cubre el arco El fundente protege el arco permite alta corriente y gran profundidad de
penetracioacuten asegura alta eficiencia actuacutea corno desoxidante y depurador y puede contener
elementos aleantes de polvo de metal La SAW es primordialmente un proceso automaacutetico
de soldadura con elevada rapidez de deposicioacuten Los electrodos en tandem sirven para
depositar grandes cantidades de material de aporte La posicioacuten de la soldadura debe ser
horizontal de esta manera es adecuada para tuberiacuteas de acero cilindros y tambieacuten para
soldaduras circulares si se gira la pieza de trabajo La soldadura de arco sumergido doble
(con una soldadura desde el interior y otra desde el exterior) se emplea para fabricar
tuberiacuteas soldadas en espiral Tambieacuten se puede usar con robots soldadores con la pieza de
trabajo manipulada en posiciones apropiadas
Soldadura con electroescoria (ESW) El proceso se utiliza ampliamente para soldar
uniones verticales en placas y estructuras gruesas (25 mm o maacutes) como plataformas de
perforacioacuten de petroacuteleo puentes barcos y marcos de prensas y molinos de laminacioacuten El
alambre del electrodo es alimentado a un bantildeo de escoria fundida (Fig 1 8 - 1 9c)
inicialmente se produce un arco pero luego se apaga debido a la escoria y el calor de la
fusioacuten es suministrado por el calentamiento por resistencia en la escoria Zapatas (represas)
de cobre enfriados con agua cierran el espacio entre las piezas que se van a soldar para
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
raacutepida sucesioacuten mediante robots soldadores La calidad de la soldadura se asegura con
mediciones durante el proceso basadas por ejemplo en el cambio de la resistencia
mientras se forma la pepita o en la emisioacuten acuacutestica que ocurre durante la expulsioacuten de
metal
Soldadura por proyeccioacuten (RPW) La extensioacuten de la zona soldada se controla
mejor y se realizan varias soldaduras simultaacuteneamente con soacutelo un electrodo cuando
pequentildeos se estampan o acuntildean hoyuelos o proyecciones en una de las laacuteminas Cuando
se aplica la corriente las proyecciones se suavizan y se empujan de regreso a su lugar con
la presioacuten del electrodo a medida que se forma la pepita de soldadura (Fig 18- 1 5b) Las
proyecciones forjadas o maquinadas en cuerpos soacutelidos permiten soldarlos a una laacutemina o a
otro cuerpo soacutelido Una forma de la soldadura por proyeccioacuten se practica cuando se sueldan
por resistencia mallas formadas con alambres cruzados
Soldadura de costura por resistencia (RSEW) Una serie de soldaduras de punto
se hace mucho maacutes raacutepido a lo largo de una liacutenea si los electrodos tienen forma de rodillos
(Fig 18-15c) La corriente se enciende y se apaga en una sucesioacuten planeada
proporcionando espaciamiento uniforme de los puntos Cuando una corriente alterua
permanece activa se realiza la soldadura de un punto cada vez que la corriente alcanza su
valor pico y las soldaduras se espacian suficientemente cerca para producir una unioacuten
hermeacutetica a gas y liacutequido La soldadura de costura por resistencia es uno de los meacutetodos
para producir el cuerpo de una lata y se usa para la manufactura secciones de vigas y de
cajas En la soldadura de costura aplastada (Fig 18-1 5d) el traslape soacutelo es 1 0 2 veces el
espesor de la laacutemina y los rodillos soldadores aplican suficiente presioacuten para reducir la
costura cerca de 10 sobre los espesores de la laacutemina base Eacuteste es uno de los procesos que
se emplean para fabricar blancos a la medida
Soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) Una aplicacioacuten importante
de la soldadura por resistencia es en la manufactura de tubos tuberiacuteas miembros
estructurales y rines de ruedas Los tubos se forman con rodillo Y entonces la costura
longitudinal se realiza mediante soldadura por resistencia de alta frecuencia (HFRW) en la
que la corriente eleacutectrica se aplica por medio de electrodos deslizantes o rodantes (Fig 18-
16a) En la soldadura por induccioacuten de alta frecuencia (HF1W por sus siglas en ingleacutes) el
tubo es rodeado por una bobina de induccioacuten y la frecuencia de operacioacuten se eliacutege para
obtener la penetracioacuten oacuteptima las frecuencias mayores penetran a una profundidad menor
En ambas HFRW y FF1W existe una zona fundida y localizada formada que luego se
expulsa inmediatamente a traveacutes de compresioacuten Usualmente se recorta el exceso de metal
Soldadura por chispas y recalcado La soldadura por recalcado en general
significa la unioacuten de dos cuerpos al prensarlos juntos con una fuerza suficiente para causar
deformacioacuten En el sentido maacutes particular el teacutermino se aplica a la soldadura por
resistencia en la que igual que en la soldadura de puntos la presioacuten es aplicada antes de
activar la corriente En la actualidad estaacute mucho maacutes difundida la soldadura a tope por
chispas o soldadura por chispas (FW) en que la corriente se aplica durante la aproximacioacuten
de las dos partes de esta manera ocurre un calentamiento extremadamente raacutepido cuando
hacen contacto primero las irregularidades superficiales El metal fundido se expulsa
violentamente y se quema en el aire produciendo alguacuten arqueo de ahiacute el nombre de
chispas Se puede quemar una longitud sustancialpara asegurar una buena soldadura pero
todo el metal liacutequido es expulsado y la soldadurase forma recalcando las superficies
calientes soacutelidas de metal (Fig 1 8- 1 6b) (soldadura por recalcado UW) Asiacute la resistencia
de la unioacuten no es afectada por la presencia de residuos de metal de soldadura fundido Por
lo tanto el proceso se considera como una transicioacuten entre los procesos de fase liacutequida y los
de fase soacutelida Se produciraacute una buena soldadura soacutelo si la rapidez de aproximacioacuten la
corriente y el voltaje el viaje total y la presioacuten de recalcado son controlados
cuidadosamente Actualmente el control manual es reemplazado por el control adaptivo
automaacutetico El desplazamiento de metal crea una rebaba que debe eliminarse Las caras
extremas que se van a unir a menudo se achaflanan de manera que la fusioacuten se mueva
desde el centro hacia fuera para expulsar los contaminantes en la rebaba El
precalentamiento es posible al activar la corriente despueacutes que las caras fueron prensadas
juntas pero luego eacutestas se separan ligeramente para inducir chispas Para el calentamiento
uniforme ambas partes deben tener aacutereas iguales de seccioacuten transversal aunque su
composicioacuten puede ser diferente por ejemplo en la unioacuten de un vaacutestago de acero al bajo
carbono con una broca de una herramienta de HSS Las barras y secciones dobladas en
forma de anillos los tubos y las estructuras de laacutemina con frecuencia se sueldan extremo
con extremo este meacutetodo se usa ampliamente para unir las puntas de alambre y rollos de
laacutemina para permitir la operacioacuten continua de las liacuteneas de procesamiento
SOLDADURA CON ARCO ELEacuteCT RICO
La soldadura con arco eleacutectrico difiere de la soldadura por resistencia eleacutectrica en
que un arco sostenido genera el calor para fundir el material de la pieza de trabajo (y si se
utiliza la varilla de aporte) Los eventos se muestran mejor en el ejemplo de la soldadura
con arco de tungsteno y gas (GTAW)
Cuando el electrodo de tungsteno se conecta a la terminal negativa de una fuente de
poder (en modo de polaridad directa o de corriente directa de electrodo negativoDCEN) se
convierte en el caacutetodo la pieza de trabajo conectada a la terminal positivase transforma en
el aacutenodo (Fig 1 8- 1 7a) Un gas inerte protege a ambos electrodos El caacutetodo se calienta
con la corriente de soldado hasta que se alcanza lafuncioacuten de trabajo (la energiacutea necesaria
para desalojar los electrones) del tungsteno La emisioacuten inducida teacutermicamente
(termoioacutenica) crea una carga espacial (una nube de electrones) en la que los electrones
fluyen a la pieza de trabajo (aacutenodo) donde se genera la mayoriacutea del calor (el flujo de
electrones es responsable de 85 de la transferencia caloriacutefica) En el espacio entre la
punta del electrodo y la pieza de trabajo la alta temperatura ioniza un poco del gas los
electrones son desalojados y se forma un plasma conductor de la electricidad (una mezcla
neutra de electrones e iones positivos) La energiacutea de los electrones incidentes calienta la
pieza de trabajo La zona de la soldadura a menudo es profunda y angosta (Fig 1 8- 1 7b)
Cuando la polaridad se invierte con el electrodo conectado a la terminal positiva
(modo de polaridad invertida de o corriente directa de electrodo positivo DCEP) la pieza
de trabaj o se convierte en el caacutetodo La zona de la soldadura es maacutes amplia y menos
profunda (Fig 1 8- 1 7c) por lo tanto este modo de operacioacuten es maacutes adecuado para
material de calibre delgado que se quemariacutea completamente en el modo DCEN
La polaridad inversa tiene un efecto adicional las peliacuteculas de oacutexido en las superficies de
piezas de trabajo de Al y Mg son desalojadas de esta manera la superficie se puede
limpiar ya sea invirtiendo la polaridad brevemente en el modo DCEN o usando una
corriente CA (Fig 1 8- 1 7d)
Soldadura con electrodo no consumible
En estos procesos el electrodo no se funde y el metal de la soldadura es
suministrado por el flujo del metal base (soldadura autoacutegena) o para laacutemina gruesa (gt 3
mm de espesor) por medio de una varilla separada de material de aporte
Soldadura de tungsteno con arco eleacutectrico y gas (GTAW) Como se indicoacute el arco se
mantiene entre la pieza de trabajo y el electrodo de tungsteno protegido por un gas inerte
(de ahiacute el antiguo nombre de soldadura de tungsteno con gas inerte o soldadura TIG Fig I
S - I Sa) La atmoacutesfera protectora es provista por el argoacuten el cual tiene un potencial de
ionizacioacuten menor y por ello precisa menos voltaje (alrededor de 1 0 V) pero proporciona
un arco eleacutectrico menos caliente y una penetracioacuten menos profunda que el helio La
polaridad es DCEN excepto para Al y Mg donde la CA es uacutetil para quitar el oacutexido Para
producir el arco eleacutectrico la emisioacuten de electrones y la ionizacioacuten del gas se inician
retirando el electrodo de la superficie de trabajo de manera controlada o con la ayuda de un
arco iniciador Una corriente de alta frecuencia superpuesta a la corriente alterna o directa
de soldado ayuda a comenzar el arco y tambieacuten lo estabiliza Las operaciones tanto
manuales como automaacuteticas son posibles El proceso exige una habilidad considerable
pero produce soldaduras de muy alta calidad en casi cualquier material en cualquier
posicioacuten de soldado y tambieacuten en calibres delgados (menores de 6 mm) La zona de la
soldadura es visible y no hay chisporroteo de soldadura o formacioacuten de escoria aunque las
partiacuteculas del electrodo pueden entrar a la soIacutedadura si el electrodo se sobrecalienta o toca
el bantildeo de soldadura
Soldadura con arco de plasma (PAW) Si el arco y dentro de eacutel el plasma es
restringido por un orificio la intensidad caloriacutefica se eleva (pig I S- 1 8b) Primero el arco
se produce entre el electrodo y la boquilla aplicando un voltaje de alta frecuencia Luego se
acerca el soplete a la pieza de trabajo (meacutetodo de operacioacuten de arco de plasma transferido)
A densidades bajas de corriente en el modo fusioacuten interna la zona de la soldadura es
similar en forma a la soldadura con arco a altas densidades de corriente el modo de
agujero de cerradura (Pig lS-1 8b) prevalece y el metal resolidifica atraacutes del haz de plasma
moacutevil En la teacutecnica de arco no transferido la boquilla de constriccioacuten es conectada a la
terminal positiva el arco se produce entre el electrodo y la boquilla y calienta la pieza de
trabajo por radiacioacuten Esta teacutecnica tambieacuten se utiliza para el rociacuteo de plasma (recubrimiento
de superficies La PAW es particularmente uacutetil para la soldadura de laacuteminas delgadas El
tamantildeo pequentildeo de la zona requiere control cuidadoso de la trayectoria Se practican las
formas manual y mecaacutenica y el metal de aporte se puede usar si se necesita un suministro
extra de material
La soldadura con arco de carbono (CAW) Fue la precursora de los procesos
actuales de electrodo no consumible El arco es producido entre la pieza de trabajo y un
electrodo de carbono o entre dos electrodos de carbono
Soldadura con electrodo consumible
En este grupo de procesos el electrodo consumible es un metal que se funde para
hacerse parte del cordoacuten de soldadura A menudo su composicioacuten es diferente de la de los
metales base y se pueden encontrar recomendaciones en los trabajos de referencia citados al
final de este capiacutetulo La zona de la soldadura estaacute protegida por un gas o un fundente
Soldadura con arco metaacutelico y gas (GMAW) El electrodo metaacutelico consumible alimentado
por medio de la pistola para soldar estaacute protegido por un gas inerte de ahiacute el viejo
acroacutenimo soldadura MIG (metal-gas inerte) (Fig 18-18c) Es adecuada para la mayoriacutea de
los metales Igual que con la GTAW no se forma escoria y se pueden acumular varias
capas con poca o ninguna limpieza intermedia El argoacuten es un gas adecuado para todos los
materiales algunas veces se prefiere helio --debido a su mayor potencial de ionizacioacuten y
por lo tanto mayor rapidez de generacioacuten de calor- para la soldadura de aluminio y cobre
el Ar con entre 2 y 30 de CO2 o CO2 puro generalmente se emplea para aceros al carbono
tambieacuten se estaacuten introduciendo los gases especiales adaptados para tareas especiacuteficas
Normalmente el electrodo se conecta a la terminal positiva (DCEP o polaridad invertida)
La densidad de corriente es el determinante principal del modo de transferencia de metal
Para una baja corriente de soldado ocurre una transferencia por cortocircuito el electrodo
toca la pieza de trabajo la corriente aumenta la punta del alambre se funde y se transfiere
una gotita El gas protector es elegido para minimizar la salpicadura (C02 para el acero Ar-
He para metales no ferrosos) A mayores intensidades de corriente (y con CO2 casi
siempre) prevalece la transferencia globular las partiacuteculas maacutes grandes que el electrodo
caen por gravedad La gota se debe separar antes que llegue al charco de soldadura y soacutelo
es posible la soldadura horizontal Por encima de una densidad criacutetica de corriente el metal
es transferido en un rociacuteo fino (transferencia por rociacuteo) mediante las fuerzas del arco de ahiacute
que se puedan utilizar todas las posiciones de soldadura Se obtienen soldaduras maacutes
consistentes con el uso de corriente pulsante de soldadura una corriente baja de fondo
mantiene el arco y la transferencia de metal ocurre cuando los impulsos de la corriente
exceden el nivel requerido para la transferencia por rociacuteo El gas de proteccioacuten es Ar o una
mezcla de eacutel En una variante se alimenta alambre en un soplete de plasma (soldadura MIG
de plasma) El electrodo de alambre se suministra en longitudes grandes enrolladas que
permiten soldaduras continuas en cualquier posicioacuten de soldado En la soldadura
semiautomaacutetica el soldador guiacutea la pistola y ajusta los paraacutemetros del proceso en la
soldadura automaacutetica todas las funciones son asumidas por la maacutequina de soldar o robot
La soldadura en el sitio puede ser difiacutecil porque las corrientes de aire soplan el gas protector
lejos de la zona de soldadura
Soldadura con arco metaacutelico protegido (SMAW) De nuevo el arco se produce entre
el alambre o varilla de aporte y las piezas que se van a unir (Fig 1 8- 1 9a) pero ahora la
proteccioacuten es suministrada por un recubrimiento aplicado al exterior del alambre de aporte
(electrodo recubierto) El recubrimiento cumple varias funciones su combustioacuten y
descomposicioacuten con el calor del arco crea una atmoacutesfera protectora la fusioacuten del
recubrimiento proporciona una cubierta de escoria fundida sobre la soldadura el contenido
de Na o K del recubrimiento se ioniza faacutecilmente para estabilizar el arco Tambieacuten se
pueden introducir elementos aleantes desde el recubrimiento La eleccioacuten del electrodo (que
tambieacuten determina la polaridad) es criacutetica para el eacutexito Durante la soldadura el electrodo
se funde a una rapidez de aproximadamente 250 mmmin mientras que el recubrimiento se
funde para formar una escoria que se debe eliminar si se requiere maacutes de una pasada para
acumular el espesor completo de la soldadura Corno el recubrimiento es fraacutegil se usan
varillas rectas tiacutepicamente de 450 mm de longitud haciendo a este proceso adecuado soacutelo
para la operacioacuten manual con una rapidez relativamente lenta pero auacuten a bajo costo El
proceso es versaacutetil y adecuado para la aplicacioacuten en campo aunque precisa de una
habilidad considerable1048801 Es posible el soldado en todas las posiciones incluyendo el
realizado por arriba de la cabeza si el metal y la escoria solidifican suficientemente raacutepido
Soldadura de arco con nuacutecleo fundente (FCAW) Baacutesicamente se obtiene el mismo
resultado pero una penetracioacuten maacutes profunda con el fundente dentro de un tubo El alambre
para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automaacutetica continua Algunas
veces se proporciona una proteccioacuten adicional con un gas entonces el proceso se parece a
la soldadura con arco metaacutelico y gas
Soldadura de arco sumergido (SAW) Ahora el electrodo consumible es alambre de
aporte sin recubrimiento y la zona de la soldadura estaacute protegida por un fundente granular
suministrado independientemente desde un alimentador (Fig 1 8- 1 9b) en una capa gruesa
que cubre el arco El fundente protege el arco permite alta corriente y gran profundidad de
penetracioacuten asegura alta eficiencia actuacutea corno desoxidante y depurador y puede contener
elementos aleantes de polvo de metal La SAW es primordialmente un proceso automaacutetico
de soldadura con elevada rapidez de deposicioacuten Los electrodos en tandem sirven para
depositar grandes cantidades de material de aporte La posicioacuten de la soldadura debe ser
horizontal de esta manera es adecuada para tuberiacuteas de acero cilindros y tambieacuten para
soldaduras circulares si se gira la pieza de trabajo La soldadura de arco sumergido doble
(con una soldadura desde el interior y otra desde el exterior) se emplea para fabricar
tuberiacuteas soldadas en espiral Tambieacuten se puede usar con robots soldadores con la pieza de
trabajo manipulada en posiciones apropiadas
Soldadura con electroescoria (ESW) El proceso se utiliza ampliamente para soldar
uniones verticales en placas y estructuras gruesas (25 mm o maacutes) como plataformas de
perforacioacuten de petroacuteleo puentes barcos y marcos de prensas y molinos de laminacioacuten El
alambre del electrodo es alimentado a un bantildeo de escoria fundida (Fig 1 8 - 1 9c)
inicialmente se produce un arco pero luego se apaga debido a la escoria y el calor de la
fusioacuten es suministrado por el calentamiento por resistencia en la escoria Zapatas (represas)
de cobre enfriados con agua cierran el espacio entre las piezas que se van a soldar para
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
que la corriente eleacutectrica se aplica por medio de electrodos deslizantes o rodantes (Fig 18-
16a) En la soldadura por induccioacuten de alta frecuencia (HF1W por sus siglas en ingleacutes) el
tubo es rodeado por una bobina de induccioacuten y la frecuencia de operacioacuten se eliacutege para
obtener la penetracioacuten oacuteptima las frecuencias mayores penetran a una profundidad menor
En ambas HFRW y FF1W existe una zona fundida y localizada formada que luego se
expulsa inmediatamente a traveacutes de compresioacuten Usualmente se recorta el exceso de metal
Soldadura por chispas y recalcado La soldadura por recalcado en general
significa la unioacuten de dos cuerpos al prensarlos juntos con una fuerza suficiente para causar
deformacioacuten En el sentido maacutes particular el teacutermino se aplica a la soldadura por
resistencia en la que igual que en la soldadura de puntos la presioacuten es aplicada antes de
activar la corriente En la actualidad estaacute mucho maacutes difundida la soldadura a tope por
chispas o soldadura por chispas (FW) en que la corriente se aplica durante la aproximacioacuten
de las dos partes de esta manera ocurre un calentamiento extremadamente raacutepido cuando
hacen contacto primero las irregularidades superficiales El metal fundido se expulsa
violentamente y se quema en el aire produciendo alguacuten arqueo de ahiacute el nombre de
chispas Se puede quemar una longitud sustancialpara asegurar una buena soldadura pero
todo el metal liacutequido es expulsado y la soldadurase forma recalcando las superficies
calientes soacutelidas de metal (Fig 1 8- 1 6b) (soldadura por recalcado UW) Asiacute la resistencia
de la unioacuten no es afectada por la presencia de residuos de metal de soldadura fundido Por
lo tanto el proceso se considera como una transicioacuten entre los procesos de fase liacutequida y los
de fase soacutelida Se produciraacute una buena soldadura soacutelo si la rapidez de aproximacioacuten la
corriente y el voltaje el viaje total y la presioacuten de recalcado son controlados
cuidadosamente Actualmente el control manual es reemplazado por el control adaptivo
automaacutetico El desplazamiento de metal crea una rebaba que debe eliminarse Las caras
extremas que se van a unir a menudo se achaflanan de manera que la fusioacuten se mueva
desde el centro hacia fuera para expulsar los contaminantes en la rebaba El
precalentamiento es posible al activar la corriente despueacutes que las caras fueron prensadas
juntas pero luego eacutestas se separan ligeramente para inducir chispas Para el calentamiento
uniforme ambas partes deben tener aacutereas iguales de seccioacuten transversal aunque su
composicioacuten puede ser diferente por ejemplo en la unioacuten de un vaacutestago de acero al bajo
carbono con una broca de una herramienta de HSS Las barras y secciones dobladas en
forma de anillos los tubos y las estructuras de laacutemina con frecuencia se sueldan extremo
con extremo este meacutetodo se usa ampliamente para unir las puntas de alambre y rollos de
laacutemina para permitir la operacioacuten continua de las liacuteneas de procesamiento
SOLDADURA CON ARCO ELEacuteCT RICO
La soldadura con arco eleacutectrico difiere de la soldadura por resistencia eleacutectrica en
que un arco sostenido genera el calor para fundir el material de la pieza de trabajo (y si se
utiliza la varilla de aporte) Los eventos se muestran mejor en el ejemplo de la soldadura
con arco de tungsteno y gas (GTAW)
Cuando el electrodo de tungsteno se conecta a la terminal negativa de una fuente de
poder (en modo de polaridad directa o de corriente directa de electrodo negativoDCEN) se
convierte en el caacutetodo la pieza de trabajo conectada a la terminal positivase transforma en
el aacutenodo (Fig 1 8- 1 7a) Un gas inerte protege a ambos electrodos El caacutetodo se calienta
con la corriente de soldado hasta que se alcanza lafuncioacuten de trabajo (la energiacutea necesaria
para desalojar los electrones) del tungsteno La emisioacuten inducida teacutermicamente
(termoioacutenica) crea una carga espacial (una nube de electrones) en la que los electrones
fluyen a la pieza de trabajo (aacutenodo) donde se genera la mayoriacutea del calor (el flujo de
electrones es responsable de 85 de la transferencia caloriacutefica) En el espacio entre la
punta del electrodo y la pieza de trabajo la alta temperatura ioniza un poco del gas los
electrones son desalojados y se forma un plasma conductor de la electricidad (una mezcla
neutra de electrones e iones positivos) La energiacutea de los electrones incidentes calienta la
pieza de trabajo La zona de la soldadura a menudo es profunda y angosta (Fig 1 8- 1 7b)
Cuando la polaridad se invierte con el electrodo conectado a la terminal positiva
(modo de polaridad invertida de o corriente directa de electrodo positivo DCEP) la pieza
de trabaj o se convierte en el caacutetodo La zona de la soldadura es maacutes amplia y menos
profunda (Fig 1 8- 1 7c) por lo tanto este modo de operacioacuten es maacutes adecuado para
material de calibre delgado que se quemariacutea completamente en el modo DCEN
La polaridad inversa tiene un efecto adicional las peliacuteculas de oacutexido en las superficies de
piezas de trabajo de Al y Mg son desalojadas de esta manera la superficie se puede
limpiar ya sea invirtiendo la polaridad brevemente en el modo DCEN o usando una
corriente CA (Fig 1 8- 1 7d)
Soldadura con electrodo no consumible
En estos procesos el electrodo no se funde y el metal de la soldadura es
suministrado por el flujo del metal base (soldadura autoacutegena) o para laacutemina gruesa (gt 3
mm de espesor) por medio de una varilla separada de material de aporte
Soldadura de tungsteno con arco eleacutectrico y gas (GTAW) Como se indicoacute el arco se
mantiene entre la pieza de trabajo y el electrodo de tungsteno protegido por un gas inerte
(de ahiacute el antiguo nombre de soldadura de tungsteno con gas inerte o soldadura TIG Fig I
S - I Sa) La atmoacutesfera protectora es provista por el argoacuten el cual tiene un potencial de
ionizacioacuten menor y por ello precisa menos voltaje (alrededor de 1 0 V) pero proporciona
un arco eleacutectrico menos caliente y una penetracioacuten menos profunda que el helio La
polaridad es DCEN excepto para Al y Mg donde la CA es uacutetil para quitar el oacutexido Para
producir el arco eleacutectrico la emisioacuten de electrones y la ionizacioacuten del gas se inician
retirando el electrodo de la superficie de trabajo de manera controlada o con la ayuda de un
arco iniciador Una corriente de alta frecuencia superpuesta a la corriente alterna o directa
de soldado ayuda a comenzar el arco y tambieacuten lo estabiliza Las operaciones tanto
manuales como automaacuteticas son posibles El proceso exige una habilidad considerable
pero produce soldaduras de muy alta calidad en casi cualquier material en cualquier
posicioacuten de soldado y tambieacuten en calibres delgados (menores de 6 mm) La zona de la
soldadura es visible y no hay chisporroteo de soldadura o formacioacuten de escoria aunque las
partiacuteculas del electrodo pueden entrar a la soIacutedadura si el electrodo se sobrecalienta o toca
el bantildeo de soldadura
Soldadura con arco de plasma (PAW) Si el arco y dentro de eacutel el plasma es
restringido por un orificio la intensidad caloriacutefica se eleva (pig I S- 1 8b) Primero el arco
se produce entre el electrodo y la boquilla aplicando un voltaje de alta frecuencia Luego se
acerca el soplete a la pieza de trabajo (meacutetodo de operacioacuten de arco de plasma transferido)
A densidades bajas de corriente en el modo fusioacuten interna la zona de la soldadura es
similar en forma a la soldadura con arco a altas densidades de corriente el modo de
agujero de cerradura (Pig lS-1 8b) prevalece y el metal resolidifica atraacutes del haz de plasma
moacutevil En la teacutecnica de arco no transferido la boquilla de constriccioacuten es conectada a la
terminal positiva el arco se produce entre el electrodo y la boquilla y calienta la pieza de
trabajo por radiacioacuten Esta teacutecnica tambieacuten se utiliza para el rociacuteo de plasma (recubrimiento
de superficies La PAW es particularmente uacutetil para la soldadura de laacuteminas delgadas El
tamantildeo pequentildeo de la zona requiere control cuidadoso de la trayectoria Se practican las
formas manual y mecaacutenica y el metal de aporte se puede usar si se necesita un suministro
extra de material
La soldadura con arco de carbono (CAW) Fue la precursora de los procesos
actuales de electrodo no consumible El arco es producido entre la pieza de trabajo y un
electrodo de carbono o entre dos electrodos de carbono
Soldadura con electrodo consumible
En este grupo de procesos el electrodo consumible es un metal que se funde para
hacerse parte del cordoacuten de soldadura A menudo su composicioacuten es diferente de la de los
metales base y se pueden encontrar recomendaciones en los trabajos de referencia citados al
final de este capiacutetulo La zona de la soldadura estaacute protegida por un gas o un fundente
Soldadura con arco metaacutelico y gas (GMAW) El electrodo metaacutelico consumible alimentado
por medio de la pistola para soldar estaacute protegido por un gas inerte de ahiacute el viejo
acroacutenimo soldadura MIG (metal-gas inerte) (Fig 18-18c) Es adecuada para la mayoriacutea de
los metales Igual que con la GTAW no se forma escoria y se pueden acumular varias
capas con poca o ninguna limpieza intermedia El argoacuten es un gas adecuado para todos los
materiales algunas veces se prefiere helio --debido a su mayor potencial de ionizacioacuten y
por lo tanto mayor rapidez de generacioacuten de calor- para la soldadura de aluminio y cobre
el Ar con entre 2 y 30 de CO2 o CO2 puro generalmente se emplea para aceros al carbono
tambieacuten se estaacuten introduciendo los gases especiales adaptados para tareas especiacuteficas
Normalmente el electrodo se conecta a la terminal positiva (DCEP o polaridad invertida)
La densidad de corriente es el determinante principal del modo de transferencia de metal
Para una baja corriente de soldado ocurre una transferencia por cortocircuito el electrodo
toca la pieza de trabajo la corriente aumenta la punta del alambre se funde y se transfiere
una gotita El gas protector es elegido para minimizar la salpicadura (C02 para el acero Ar-
He para metales no ferrosos) A mayores intensidades de corriente (y con CO2 casi
siempre) prevalece la transferencia globular las partiacuteculas maacutes grandes que el electrodo
caen por gravedad La gota se debe separar antes que llegue al charco de soldadura y soacutelo
es posible la soldadura horizontal Por encima de una densidad criacutetica de corriente el metal
es transferido en un rociacuteo fino (transferencia por rociacuteo) mediante las fuerzas del arco de ahiacute
que se puedan utilizar todas las posiciones de soldadura Se obtienen soldaduras maacutes
consistentes con el uso de corriente pulsante de soldadura una corriente baja de fondo
mantiene el arco y la transferencia de metal ocurre cuando los impulsos de la corriente
exceden el nivel requerido para la transferencia por rociacuteo El gas de proteccioacuten es Ar o una
mezcla de eacutel En una variante se alimenta alambre en un soplete de plasma (soldadura MIG
de plasma) El electrodo de alambre se suministra en longitudes grandes enrolladas que
permiten soldaduras continuas en cualquier posicioacuten de soldado En la soldadura
semiautomaacutetica el soldador guiacutea la pistola y ajusta los paraacutemetros del proceso en la
soldadura automaacutetica todas las funciones son asumidas por la maacutequina de soldar o robot
La soldadura en el sitio puede ser difiacutecil porque las corrientes de aire soplan el gas protector
lejos de la zona de soldadura
Soldadura con arco metaacutelico protegido (SMAW) De nuevo el arco se produce entre
el alambre o varilla de aporte y las piezas que se van a unir (Fig 1 8- 1 9a) pero ahora la
proteccioacuten es suministrada por un recubrimiento aplicado al exterior del alambre de aporte
(electrodo recubierto) El recubrimiento cumple varias funciones su combustioacuten y
descomposicioacuten con el calor del arco crea una atmoacutesfera protectora la fusioacuten del
recubrimiento proporciona una cubierta de escoria fundida sobre la soldadura el contenido
de Na o K del recubrimiento se ioniza faacutecilmente para estabilizar el arco Tambieacuten se
pueden introducir elementos aleantes desde el recubrimiento La eleccioacuten del electrodo (que
tambieacuten determina la polaridad) es criacutetica para el eacutexito Durante la soldadura el electrodo
se funde a una rapidez de aproximadamente 250 mmmin mientras que el recubrimiento se
funde para formar una escoria que se debe eliminar si se requiere maacutes de una pasada para
acumular el espesor completo de la soldadura Corno el recubrimiento es fraacutegil se usan
varillas rectas tiacutepicamente de 450 mm de longitud haciendo a este proceso adecuado soacutelo
para la operacioacuten manual con una rapidez relativamente lenta pero auacuten a bajo costo El
proceso es versaacutetil y adecuado para la aplicacioacuten en campo aunque precisa de una
habilidad considerable1048801 Es posible el soldado en todas las posiciones incluyendo el
realizado por arriba de la cabeza si el metal y la escoria solidifican suficientemente raacutepido
Soldadura de arco con nuacutecleo fundente (FCAW) Baacutesicamente se obtiene el mismo
resultado pero una penetracioacuten maacutes profunda con el fundente dentro de un tubo El alambre
para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automaacutetica continua Algunas
veces se proporciona una proteccioacuten adicional con un gas entonces el proceso se parece a
la soldadura con arco metaacutelico y gas
Soldadura de arco sumergido (SAW) Ahora el electrodo consumible es alambre de
aporte sin recubrimiento y la zona de la soldadura estaacute protegida por un fundente granular
suministrado independientemente desde un alimentador (Fig 1 8- 1 9b) en una capa gruesa
que cubre el arco El fundente protege el arco permite alta corriente y gran profundidad de
penetracioacuten asegura alta eficiencia actuacutea corno desoxidante y depurador y puede contener
elementos aleantes de polvo de metal La SAW es primordialmente un proceso automaacutetico
de soldadura con elevada rapidez de deposicioacuten Los electrodos en tandem sirven para
depositar grandes cantidades de material de aporte La posicioacuten de la soldadura debe ser
horizontal de esta manera es adecuada para tuberiacuteas de acero cilindros y tambieacuten para
soldaduras circulares si se gira la pieza de trabajo La soldadura de arco sumergido doble
(con una soldadura desde el interior y otra desde el exterior) se emplea para fabricar
tuberiacuteas soldadas en espiral Tambieacuten se puede usar con robots soldadores con la pieza de
trabajo manipulada en posiciones apropiadas
Soldadura con electroescoria (ESW) El proceso se utiliza ampliamente para soldar
uniones verticales en placas y estructuras gruesas (25 mm o maacutes) como plataformas de
perforacioacuten de petroacuteleo puentes barcos y marcos de prensas y molinos de laminacioacuten El
alambre del electrodo es alimentado a un bantildeo de escoria fundida (Fig 1 8 - 1 9c)
inicialmente se produce un arco pero luego se apaga debido a la escoria y el calor de la
fusioacuten es suministrado por el calentamiento por resistencia en la escoria Zapatas (represas)
de cobre enfriados con agua cierran el espacio entre las piezas que se van a soldar para
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
carbono con una broca de una herramienta de HSS Las barras y secciones dobladas en
forma de anillos los tubos y las estructuras de laacutemina con frecuencia se sueldan extremo
con extremo este meacutetodo se usa ampliamente para unir las puntas de alambre y rollos de
laacutemina para permitir la operacioacuten continua de las liacuteneas de procesamiento
SOLDADURA CON ARCO ELEacuteCT RICO
La soldadura con arco eleacutectrico difiere de la soldadura por resistencia eleacutectrica en
que un arco sostenido genera el calor para fundir el material de la pieza de trabajo (y si se
utiliza la varilla de aporte) Los eventos se muestran mejor en el ejemplo de la soldadura
con arco de tungsteno y gas (GTAW)
Cuando el electrodo de tungsteno se conecta a la terminal negativa de una fuente de
poder (en modo de polaridad directa o de corriente directa de electrodo negativoDCEN) se
convierte en el caacutetodo la pieza de trabajo conectada a la terminal positivase transforma en
el aacutenodo (Fig 1 8- 1 7a) Un gas inerte protege a ambos electrodos El caacutetodo se calienta
con la corriente de soldado hasta que se alcanza lafuncioacuten de trabajo (la energiacutea necesaria
para desalojar los electrones) del tungsteno La emisioacuten inducida teacutermicamente
(termoioacutenica) crea una carga espacial (una nube de electrones) en la que los electrones
fluyen a la pieza de trabajo (aacutenodo) donde se genera la mayoriacutea del calor (el flujo de
electrones es responsable de 85 de la transferencia caloriacutefica) En el espacio entre la
punta del electrodo y la pieza de trabajo la alta temperatura ioniza un poco del gas los
electrones son desalojados y se forma un plasma conductor de la electricidad (una mezcla
neutra de electrones e iones positivos) La energiacutea de los electrones incidentes calienta la
pieza de trabajo La zona de la soldadura a menudo es profunda y angosta (Fig 1 8- 1 7b)
Cuando la polaridad se invierte con el electrodo conectado a la terminal positiva
(modo de polaridad invertida de o corriente directa de electrodo positivo DCEP) la pieza
de trabaj o se convierte en el caacutetodo La zona de la soldadura es maacutes amplia y menos
profunda (Fig 1 8- 1 7c) por lo tanto este modo de operacioacuten es maacutes adecuado para
material de calibre delgado que se quemariacutea completamente en el modo DCEN
La polaridad inversa tiene un efecto adicional las peliacuteculas de oacutexido en las superficies de
piezas de trabajo de Al y Mg son desalojadas de esta manera la superficie se puede
limpiar ya sea invirtiendo la polaridad brevemente en el modo DCEN o usando una
corriente CA (Fig 1 8- 1 7d)
Soldadura con electrodo no consumible
En estos procesos el electrodo no se funde y el metal de la soldadura es
suministrado por el flujo del metal base (soldadura autoacutegena) o para laacutemina gruesa (gt 3
mm de espesor) por medio de una varilla separada de material de aporte
Soldadura de tungsteno con arco eleacutectrico y gas (GTAW) Como se indicoacute el arco se
mantiene entre la pieza de trabajo y el electrodo de tungsteno protegido por un gas inerte
(de ahiacute el antiguo nombre de soldadura de tungsteno con gas inerte o soldadura TIG Fig I
S - I Sa) La atmoacutesfera protectora es provista por el argoacuten el cual tiene un potencial de
ionizacioacuten menor y por ello precisa menos voltaje (alrededor de 1 0 V) pero proporciona
un arco eleacutectrico menos caliente y una penetracioacuten menos profunda que el helio La
polaridad es DCEN excepto para Al y Mg donde la CA es uacutetil para quitar el oacutexido Para
producir el arco eleacutectrico la emisioacuten de electrones y la ionizacioacuten del gas se inician
retirando el electrodo de la superficie de trabajo de manera controlada o con la ayuda de un
arco iniciador Una corriente de alta frecuencia superpuesta a la corriente alterna o directa
de soldado ayuda a comenzar el arco y tambieacuten lo estabiliza Las operaciones tanto
manuales como automaacuteticas son posibles El proceso exige una habilidad considerable
pero produce soldaduras de muy alta calidad en casi cualquier material en cualquier
posicioacuten de soldado y tambieacuten en calibres delgados (menores de 6 mm) La zona de la
soldadura es visible y no hay chisporroteo de soldadura o formacioacuten de escoria aunque las
partiacuteculas del electrodo pueden entrar a la soIacutedadura si el electrodo se sobrecalienta o toca
el bantildeo de soldadura
Soldadura con arco de plasma (PAW) Si el arco y dentro de eacutel el plasma es
restringido por un orificio la intensidad caloriacutefica se eleva (pig I S- 1 8b) Primero el arco
se produce entre el electrodo y la boquilla aplicando un voltaje de alta frecuencia Luego se
acerca el soplete a la pieza de trabajo (meacutetodo de operacioacuten de arco de plasma transferido)
A densidades bajas de corriente en el modo fusioacuten interna la zona de la soldadura es
similar en forma a la soldadura con arco a altas densidades de corriente el modo de
agujero de cerradura (Pig lS-1 8b) prevalece y el metal resolidifica atraacutes del haz de plasma
moacutevil En la teacutecnica de arco no transferido la boquilla de constriccioacuten es conectada a la
terminal positiva el arco se produce entre el electrodo y la boquilla y calienta la pieza de
trabajo por radiacioacuten Esta teacutecnica tambieacuten se utiliza para el rociacuteo de plasma (recubrimiento
de superficies La PAW es particularmente uacutetil para la soldadura de laacuteminas delgadas El
tamantildeo pequentildeo de la zona requiere control cuidadoso de la trayectoria Se practican las
formas manual y mecaacutenica y el metal de aporte se puede usar si se necesita un suministro
extra de material
La soldadura con arco de carbono (CAW) Fue la precursora de los procesos
actuales de electrodo no consumible El arco es producido entre la pieza de trabajo y un
electrodo de carbono o entre dos electrodos de carbono
Soldadura con electrodo consumible
En este grupo de procesos el electrodo consumible es un metal que se funde para
hacerse parte del cordoacuten de soldadura A menudo su composicioacuten es diferente de la de los
metales base y se pueden encontrar recomendaciones en los trabajos de referencia citados al
final de este capiacutetulo La zona de la soldadura estaacute protegida por un gas o un fundente
Soldadura con arco metaacutelico y gas (GMAW) El electrodo metaacutelico consumible alimentado
por medio de la pistola para soldar estaacute protegido por un gas inerte de ahiacute el viejo
acroacutenimo soldadura MIG (metal-gas inerte) (Fig 18-18c) Es adecuada para la mayoriacutea de
los metales Igual que con la GTAW no se forma escoria y se pueden acumular varias
capas con poca o ninguna limpieza intermedia El argoacuten es un gas adecuado para todos los
materiales algunas veces se prefiere helio --debido a su mayor potencial de ionizacioacuten y
por lo tanto mayor rapidez de generacioacuten de calor- para la soldadura de aluminio y cobre
el Ar con entre 2 y 30 de CO2 o CO2 puro generalmente se emplea para aceros al carbono
tambieacuten se estaacuten introduciendo los gases especiales adaptados para tareas especiacuteficas
Normalmente el electrodo se conecta a la terminal positiva (DCEP o polaridad invertida)
La densidad de corriente es el determinante principal del modo de transferencia de metal
Para una baja corriente de soldado ocurre una transferencia por cortocircuito el electrodo
toca la pieza de trabajo la corriente aumenta la punta del alambre se funde y se transfiere
una gotita El gas protector es elegido para minimizar la salpicadura (C02 para el acero Ar-
He para metales no ferrosos) A mayores intensidades de corriente (y con CO2 casi
siempre) prevalece la transferencia globular las partiacuteculas maacutes grandes que el electrodo
caen por gravedad La gota se debe separar antes que llegue al charco de soldadura y soacutelo
es posible la soldadura horizontal Por encima de una densidad criacutetica de corriente el metal
es transferido en un rociacuteo fino (transferencia por rociacuteo) mediante las fuerzas del arco de ahiacute
que se puedan utilizar todas las posiciones de soldadura Se obtienen soldaduras maacutes
consistentes con el uso de corriente pulsante de soldadura una corriente baja de fondo
mantiene el arco y la transferencia de metal ocurre cuando los impulsos de la corriente
exceden el nivel requerido para la transferencia por rociacuteo El gas de proteccioacuten es Ar o una
mezcla de eacutel En una variante se alimenta alambre en un soplete de plasma (soldadura MIG
de plasma) El electrodo de alambre se suministra en longitudes grandes enrolladas que
permiten soldaduras continuas en cualquier posicioacuten de soldado En la soldadura
semiautomaacutetica el soldador guiacutea la pistola y ajusta los paraacutemetros del proceso en la
soldadura automaacutetica todas las funciones son asumidas por la maacutequina de soldar o robot
La soldadura en el sitio puede ser difiacutecil porque las corrientes de aire soplan el gas protector
lejos de la zona de soldadura
Soldadura con arco metaacutelico protegido (SMAW) De nuevo el arco se produce entre
el alambre o varilla de aporte y las piezas que se van a unir (Fig 1 8- 1 9a) pero ahora la
proteccioacuten es suministrada por un recubrimiento aplicado al exterior del alambre de aporte
(electrodo recubierto) El recubrimiento cumple varias funciones su combustioacuten y
descomposicioacuten con el calor del arco crea una atmoacutesfera protectora la fusioacuten del
recubrimiento proporciona una cubierta de escoria fundida sobre la soldadura el contenido
de Na o K del recubrimiento se ioniza faacutecilmente para estabilizar el arco Tambieacuten se
pueden introducir elementos aleantes desde el recubrimiento La eleccioacuten del electrodo (que
tambieacuten determina la polaridad) es criacutetica para el eacutexito Durante la soldadura el electrodo
se funde a una rapidez de aproximadamente 250 mmmin mientras que el recubrimiento se
funde para formar una escoria que se debe eliminar si se requiere maacutes de una pasada para
acumular el espesor completo de la soldadura Corno el recubrimiento es fraacutegil se usan
varillas rectas tiacutepicamente de 450 mm de longitud haciendo a este proceso adecuado soacutelo
para la operacioacuten manual con una rapidez relativamente lenta pero auacuten a bajo costo El
proceso es versaacutetil y adecuado para la aplicacioacuten en campo aunque precisa de una
habilidad considerable1048801 Es posible el soldado en todas las posiciones incluyendo el
realizado por arriba de la cabeza si el metal y la escoria solidifican suficientemente raacutepido
Soldadura de arco con nuacutecleo fundente (FCAW) Baacutesicamente se obtiene el mismo
resultado pero una penetracioacuten maacutes profunda con el fundente dentro de un tubo El alambre
para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automaacutetica continua Algunas
veces se proporciona una proteccioacuten adicional con un gas entonces el proceso se parece a
la soldadura con arco metaacutelico y gas
Soldadura de arco sumergido (SAW) Ahora el electrodo consumible es alambre de
aporte sin recubrimiento y la zona de la soldadura estaacute protegida por un fundente granular
suministrado independientemente desde un alimentador (Fig 1 8- 1 9b) en una capa gruesa
que cubre el arco El fundente protege el arco permite alta corriente y gran profundidad de
penetracioacuten asegura alta eficiencia actuacutea corno desoxidante y depurador y puede contener
elementos aleantes de polvo de metal La SAW es primordialmente un proceso automaacutetico
de soldadura con elevada rapidez de deposicioacuten Los electrodos en tandem sirven para
depositar grandes cantidades de material de aporte La posicioacuten de la soldadura debe ser
horizontal de esta manera es adecuada para tuberiacuteas de acero cilindros y tambieacuten para
soldaduras circulares si se gira la pieza de trabajo La soldadura de arco sumergido doble
(con una soldadura desde el interior y otra desde el exterior) se emplea para fabricar
tuberiacuteas soldadas en espiral Tambieacuten se puede usar con robots soldadores con la pieza de
trabajo manipulada en posiciones apropiadas
Soldadura con electroescoria (ESW) El proceso se utiliza ampliamente para soldar
uniones verticales en placas y estructuras gruesas (25 mm o maacutes) como plataformas de
perforacioacuten de petroacuteleo puentes barcos y marcos de prensas y molinos de laminacioacuten El
alambre del electrodo es alimentado a un bantildeo de escoria fundida (Fig 1 8 - 1 9c)
inicialmente se produce un arco pero luego se apaga debido a la escoria y el calor de la
fusioacuten es suministrado por el calentamiento por resistencia en la escoria Zapatas (represas)
de cobre enfriados con agua cierran el espacio entre las piezas que se van a soldar para
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
limpiar ya sea invirtiendo la polaridad brevemente en el modo DCEN o usando una
corriente CA (Fig 1 8- 1 7d)
Soldadura con electrodo no consumible
En estos procesos el electrodo no se funde y el metal de la soldadura es
suministrado por el flujo del metal base (soldadura autoacutegena) o para laacutemina gruesa (gt 3
mm de espesor) por medio de una varilla separada de material de aporte
Soldadura de tungsteno con arco eleacutectrico y gas (GTAW) Como se indicoacute el arco se
mantiene entre la pieza de trabajo y el electrodo de tungsteno protegido por un gas inerte
(de ahiacute el antiguo nombre de soldadura de tungsteno con gas inerte o soldadura TIG Fig I
S - I Sa) La atmoacutesfera protectora es provista por el argoacuten el cual tiene un potencial de
ionizacioacuten menor y por ello precisa menos voltaje (alrededor de 1 0 V) pero proporciona
un arco eleacutectrico menos caliente y una penetracioacuten menos profunda que el helio La
polaridad es DCEN excepto para Al y Mg donde la CA es uacutetil para quitar el oacutexido Para
producir el arco eleacutectrico la emisioacuten de electrones y la ionizacioacuten del gas se inician
retirando el electrodo de la superficie de trabajo de manera controlada o con la ayuda de un
arco iniciador Una corriente de alta frecuencia superpuesta a la corriente alterna o directa
de soldado ayuda a comenzar el arco y tambieacuten lo estabiliza Las operaciones tanto
manuales como automaacuteticas son posibles El proceso exige una habilidad considerable
pero produce soldaduras de muy alta calidad en casi cualquier material en cualquier
posicioacuten de soldado y tambieacuten en calibres delgados (menores de 6 mm) La zona de la
soldadura es visible y no hay chisporroteo de soldadura o formacioacuten de escoria aunque las
partiacuteculas del electrodo pueden entrar a la soIacutedadura si el electrodo se sobrecalienta o toca
el bantildeo de soldadura
Soldadura con arco de plasma (PAW) Si el arco y dentro de eacutel el plasma es
restringido por un orificio la intensidad caloriacutefica se eleva (pig I S- 1 8b) Primero el arco
se produce entre el electrodo y la boquilla aplicando un voltaje de alta frecuencia Luego se
acerca el soplete a la pieza de trabajo (meacutetodo de operacioacuten de arco de plasma transferido)
A densidades bajas de corriente en el modo fusioacuten interna la zona de la soldadura es
similar en forma a la soldadura con arco a altas densidades de corriente el modo de
agujero de cerradura (Pig lS-1 8b) prevalece y el metal resolidifica atraacutes del haz de plasma
moacutevil En la teacutecnica de arco no transferido la boquilla de constriccioacuten es conectada a la
terminal positiva el arco se produce entre el electrodo y la boquilla y calienta la pieza de
trabajo por radiacioacuten Esta teacutecnica tambieacuten se utiliza para el rociacuteo de plasma (recubrimiento
de superficies La PAW es particularmente uacutetil para la soldadura de laacuteminas delgadas El
tamantildeo pequentildeo de la zona requiere control cuidadoso de la trayectoria Se practican las
formas manual y mecaacutenica y el metal de aporte se puede usar si se necesita un suministro
extra de material
La soldadura con arco de carbono (CAW) Fue la precursora de los procesos
actuales de electrodo no consumible El arco es producido entre la pieza de trabajo y un
electrodo de carbono o entre dos electrodos de carbono
Soldadura con electrodo consumible
En este grupo de procesos el electrodo consumible es un metal que se funde para
hacerse parte del cordoacuten de soldadura A menudo su composicioacuten es diferente de la de los
metales base y se pueden encontrar recomendaciones en los trabajos de referencia citados al
final de este capiacutetulo La zona de la soldadura estaacute protegida por un gas o un fundente
Soldadura con arco metaacutelico y gas (GMAW) El electrodo metaacutelico consumible alimentado
por medio de la pistola para soldar estaacute protegido por un gas inerte de ahiacute el viejo
acroacutenimo soldadura MIG (metal-gas inerte) (Fig 18-18c) Es adecuada para la mayoriacutea de
los metales Igual que con la GTAW no se forma escoria y se pueden acumular varias
capas con poca o ninguna limpieza intermedia El argoacuten es un gas adecuado para todos los
materiales algunas veces se prefiere helio --debido a su mayor potencial de ionizacioacuten y
por lo tanto mayor rapidez de generacioacuten de calor- para la soldadura de aluminio y cobre
el Ar con entre 2 y 30 de CO2 o CO2 puro generalmente se emplea para aceros al carbono
tambieacuten se estaacuten introduciendo los gases especiales adaptados para tareas especiacuteficas
Normalmente el electrodo se conecta a la terminal positiva (DCEP o polaridad invertida)
La densidad de corriente es el determinante principal del modo de transferencia de metal
Para una baja corriente de soldado ocurre una transferencia por cortocircuito el electrodo
toca la pieza de trabajo la corriente aumenta la punta del alambre se funde y se transfiere
una gotita El gas protector es elegido para minimizar la salpicadura (C02 para el acero Ar-
He para metales no ferrosos) A mayores intensidades de corriente (y con CO2 casi
siempre) prevalece la transferencia globular las partiacuteculas maacutes grandes que el electrodo
caen por gravedad La gota se debe separar antes que llegue al charco de soldadura y soacutelo
es posible la soldadura horizontal Por encima de una densidad criacutetica de corriente el metal
es transferido en un rociacuteo fino (transferencia por rociacuteo) mediante las fuerzas del arco de ahiacute
que se puedan utilizar todas las posiciones de soldadura Se obtienen soldaduras maacutes
consistentes con el uso de corriente pulsante de soldadura una corriente baja de fondo
mantiene el arco y la transferencia de metal ocurre cuando los impulsos de la corriente
exceden el nivel requerido para la transferencia por rociacuteo El gas de proteccioacuten es Ar o una
mezcla de eacutel En una variante se alimenta alambre en un soplete de plasma (soldadura MIG
de plasma) El electrodo de alambre se suministra en longitudes grandes enrolladas que
permiten soldaduras continuas en cualquier posicioacuten de soldado En la soldadura
semiautomaacutetica el soldador guiacutea la pistola y ajusta los paraacutemetros del proceso en la
soldadura automaacutetica todas las funciones son asumidas por la maacutequina de soldar o robot
La soldadura en el sitio puede ser difiacutecil porque las corrientes de aire soplan el gas protector
lejos de la zona de soldadura
Soldadura con arco metaacutelico protegido (SMAW) De nuevo el arco se produce entre
el alambre o varilla de aporte y las piezas que se van a unir (Fig 1 8- 1 9a) pero ahora la
proteccioacuten es suministrada por un recubrimiento aplicado al exterior del alambre de aporte
(electrodo recubierto) El recubrimiento cumple varias funciones su combustioacuten y
descomposicioacuten con el calor del arco crea una atmoacutesfera protectora la fusioacuten del
recubrimiento proporciona una cubierta de escoria fundida sobre la soldadura el contenido
de Na o K del recubrimiento se ioniza faacutecilmente para estabilizar el arco Tambieacuten se
pueden introducir elementos aleantes desde el recubrimiento La eleccioacuten del electrodo (que
tambieacuten determina la polaridad) es criacutetica para el eacutexito Durante la soldadura el electrodo
se funde a una rapidez de aproximadamente 250 mmmin mientras que el recubrimiento se
funde para formar una escoria que se debe eliminar si se requiere maacutes de una pasada para
acumular el espesor completo de la soldadura Corno el recubrimiento es fraacutegil se usan
varillas rectas tiacutepicamente de 450 mm de longitud haciendo a este proceso adecuado soacutelo
para la operacioacuten manual con una rapidez relativamente lenta pero auacuten a bajo costo El
proceso es versaacutetil y adecuado para la aplicacioacuten en campo aunque precisa de una
habilidad considerable1048801 Es posible el soldado en todas las posiciones incluyendo el
realizado por arriba de la cabeza si el metal y la escoria solidifican suficientemente raacutepido
Soldadura de arco con nuacutecleo fundente (FCAW) Baacutesicamente se obtiene el mismo
resultado pero una penetracioacuten maacutes profunda con el fundente dentro de un tubo El alambre
para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automaacutetica continua Algunas
veces se proporciona una proteccioacuten adicional con un gas entonces el proceso se parece a
la soldadura con arco metaacutelico y gas
Soldadura de arco sumergido (SAW) Ahora el electrodo consumible es alambre de
aporte sin recubrimiento y la zona de la soldadura estaacute protegida por un fundente granular
suministrado independientemente desde un alimentador (Fig 1 8- 1 9b) en una capa gruesa
que cubre el arco El fundente protege el arco permite alta corriente y gran profundidad de
penetracioacuten asegura alta eficiencia actuacutea corno desoxidante y depurador y puede contener
elementos aleantes de polvo de metal La SAW es primordialmente un proceso automaacutetico
de soldadura con elevada rapidez de deposicioacuten Los electrodos en tandem sirven para
depositar grandes cantidades de material de aporte La posicioacuten de la soldadura debe ser
horizontal de esta manera es adecuada para tuberiacuteas de acero cilindros y tambieacuten para
soldaduras circulares si se gira la pieza de trabajo La soldadura de arco sumergido doble
(con una soldadura desde el interior y otra desde el exterior) se emplea para fabricar
tuberiacuteas soldadas en espiral Tambieacuten se puede usar con robots soldadores con la pieza de
trabajo manipulada en posiciones apropiadas
Soldadura con electroescoria (ESW) El proceso se utiliza ampliamente para soldar
uniones verticales en placas y estructuras gruesas (25 mm o maacutes) como plataformas de
perforacioacuten de petroacuteleo puentes barcos y marcos de prensas y molinos de laminacioacuten El
alambre del electrodo es alimentado a un bantildeo de escoria fundida (Fig 1 8 - 1 9c)
inicialmente se produce un arco pero luego se apaga debido a la escoria y el calor de la
fusioacuten es suministrado por el calentamiento por resistencia en la escoria Zapatas (represas)
de cobre enfriados con agua cierran el espacio entre las piezas que se van a soldar para
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
agujero de cerradura (Pig lS-1 8b) prevalece y el metal resolidifica atraacutes del haz de plasma
moacutevil En la teacutecnica de arco no transferido la boquilla de constriccioacuten es conectada a la
terminal positiva el arco se produce entre el electrodo y la boquilla y calienta la pieza de
trabajo por radiacioacuten Esta teacutecnica tambieacuten se utiliza para el rociacuteo de plasma (recubrimiento
de superficies La PAW es particularmente uacutetil para la soldadura de laacuteminas delgadas El
tamantildeo pequentildeo de la zona requiere control cuidadoso de la trayectoria Se practican las
formas manual y mecaacutenica y el metal de aporte se puede usar si se necesita un suministro
extra de material
La soldadura con arco de carbono (CAW) Fue la precursora de los procesos
actuales de electrodo no consumible El arco es producido entre la pieza de trabajo y un
electrodo de carbono o entre dos electrodos de carbono
Soldadura con electrodo consumible
En este grupo de procesos el electrodo consumible es un metal que se funde para
hacerse parte del cordoacuten de soldadura A menudo su composicioacuten es diferente de la de los
metales base y se pueden encontrar recomendaciones en los trabajos de referencia citados al
final de este capiacutetulo La zona de la soldadura estaacute protegida por un gas o un fundente
Soldadura con arco metaacutelico y gas (GMAW) El electrodo metaacutelico consumible alimentado
por medio de la pistola para soldar estaacute protegido por un gas inerte de ahiacute el viejo
acroacutenimo soldadura MIG (metal-gas inerte) (Fig 18-18c) Es adecuada para la mayoriacutea de
los metales Igual que con la GTAW no se forma escoria y se pueden acumular varias
capas con poca o ninguna limpieza intermedia El argoacuten es un gas adecuado para todos los
materiales algunas veces se prefiere helio --debido a su mayor potencial de ionizacioacuten y
por lo tanto mayor rapidez de generacioacuten de calor- para la soldadura de aluminio y cobre
el Ar con entre 2 y 30 de CO2 o CO2 puro generalmente se emplea para aceros al carbono
tambieacuten se estaacuten introduciendo los gases especiales adaptados para tareas especiacuteficas
Normalmente el electrodo se conecta a la terminal positiva (DCEP o polaridad invertida)
La densidad de corriente es el determinante principal del modo de transferencia de metal
Para una baja corriente de soldado ocurre una transferencia por cortocircuito el electrodo
toca la pieza de trabajo la corriente aumenta la punta del alambre se funde y se transfiere
una gotita El gas protector es elegido para minimizar la salpicadura (C02 para el acero Ar-
He para metales no ferrosos) A mayores intensidades de corriente (y con CO2 casi
siempre) prevalece la transferencia globular las partiacuteculas maacutes grandes que el electrodo
caen por gravedad La gota se debe separar antes que llegue al charco de soldadura y soacutelo
es posible la soldadura horizontal Por encima de una densidad criacutetica de corriente el metal
es transferido en un rociacuteo fino (transferencia por rociacuteo) mediante las fuerzas del arco de ahiacute
que se puedan utilizar todas las posiciones de soldadura Se obtienen soldaduras maacutes
consistentes con el uso de corriente pulsante de soldadura una corriente baja de fondo
mantiene el arco y la transferencia de metal ocurre cuando los impulsos de la corriente
exceden el nivel requerido para la transferencia por rociacuteo El gas de proteccioacuten es Ar o una
mezcla de eacutel En una variante se alimenta alambre en un soplete de plasma (soldadura MIG
de plasma) El electrodo de alambre se suministra en longitudes grandes enrolladas que
permiten soldaduras continuas en cualquier posicioacuten de soldado En la soldadura
semiautomaacutetica el soldador guiacutea la pistola y ajusta los paraacutemetros del proceso en la
soldadura automaacutetica todas las funciones son asumidas por la maacutequina de soldar o robot
La soldadura en el sitio puede ser difiacutecil porque las corrientes de aire soplan el gas protector
lejos de la zona de soldadura
Soldadura con arco metaacutelico protegido (SMAW) De nuevo el arco se produce entre
el alambre o varilla de aporte y las piezas que se van a unir (Fig 1 8- 1 9a) pero ahora la
proteccioacuten es suministrada por un recubrimiento aplicado al exterior del alambre de aporte
(electrodo recubierto) El recubrimiento cumple varias funciones su combustioacuten y
descomposicioacuten con el calor del arco crea una atmoacutesfera protectora la fusioacuten del
recubrimiento proporciona una cubierta de escoria fundida sobre la soldadura el contenido
de Na o K del recubrimiento se ioniza faacutecilmente para estabilizar el arco Tambieacuten se
pueden introducir elementos aleantes desde el recubrimiento La eleccioacuten del electrodo (que
tambieacuten determina la polaridad) es criacutetica para el eacutexito Durante la soldadura el electrodo
se funde a una rapidez de aproximadamente 250 mmmin mientras que el recubrimiento se
funde para formar una escoria que se debe eliminar si se requiere maacutes de una pasada para
acumular el espesor completo de la soldadura Corno el recubrimiento es fraacutegil se usan
varillas rectas tiacutepicamente de 450 mm de longitud haciendo a este proceso adecuado soacutelo
para la operacioacuten manual con una rapidez relativamente lenta pero auacuten a bajo costo El
proceso es versaacutetil y adecuado para la aplicacioacuten en campo aunque precisa de una
habilidad considerable1048801 Es posible el soldado en todas las posiciones incluyendo el
realizado por arriba de la cabeza si el metal y la escoria solidifican suficientemente raacutepido
Soldadura de arco con nuacutecleo fundente (FCAW) Baacutesicamente se obtiene el mismo
resultado pero una penetracioacuten maacutes profunda con el fundente dentro de un tubo El alambre
para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automaacutetica continua Algunas
veces se proporciona una proteccioacuten adicional con un gas entonces el proceso se parece a
la soldadura con arco metaacutelico y gas
Soldadura de arco sumergido (SAW) Ahora el electrodo consumible es alambre de
aporte sin recubrimiento y la zona de la soldadura estaacute protegida por un fundente granular
suministrado independientemente desde un alimentador (Fig 1 8- 1 9b) en una capa gruesa
que cubre el arco El fundente protege el arco permite alta corriente y gran profundidad de
penetracioacuten asegura alta eficiencia actuacutea corno desoxidante y depurador y puede contener
elementos aleantes de polvo de metal La SAW es primordialmente un proceso automaacutetico
de soldadura con elevada rapidez de deposicioacuten Los electrodos en tandem sirven para
depositar grandes cantidades de material de aporte La posicioacuten de la soldadura debe ser
horizontal de esta manera es adecuada para tuberiacuteas de acero cilindros y tambieacuten para
soldaduras circulares si se gira la pieza de trabajo La soldadura de arco sumergido doble
(con una soldadura desde el interior y otra desde el exterior) se emplea para fabricar
tuberiacuteas soldadas en espiral Tambieacuten se puede usar con robots soldadores con la pieza de
trabajo manipulada en posiciones apropiadas
Soldadura con electroescoria (ESW) El proceso se utiliza ampliamente para soldar
uniones verticales en placas y estructuras gruesas (25 mm o maacutes) como plataformas de
perforacioacuten de petroacuteleo puentes barcos y marcos de prensas y molinos de laminacioacuten El
alambre del electrodo es alimentado a un bantildeo de escoria fundida (Fig 1 8 - 1 9c)
inicialmente se produce un arco pero luego se apaga debido a la escoria y el calor de la
fusioacuten es suministrado por el calentamiento por resistencia en la escoria Zapatas (represas)
de cobre enfriados con agua cierran el espacio entre las piezas que se van a soldar para
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
He para metales no ferrosos) A mayores intensidades de corriente (y con CO2 casi
siempre) prevalece la transferencia globular las partiacuteculas maacutes grandes que el electrodo
caen por gravedad La gota se debe separar antes que llegue al charco de soldadura y soacutelo
es posible la soldadura horizontal Por encima de una densidad criacutetica de corriente el metal
es transferido en un rociacuteo fino (transferencia por rociacuteo) mediante las fuerzas del arco de ahiacute
que se puedan utilizar todas las posiciones de soldadura Se obtienen soldaduras maacutes
consistentes con el uso de corriente pulsante de soldadura una corriente baja de fondo
mantiene el arco y la transferencia de metal ocurre cuando los impulsos de la corriente
exceden el nivel requerido para la transferencia por rociacuteo El gas de proteccioacuten es Ar o una
mezcla de eacutel En una variante se alimenta alambre en un soplete de plasma (soldadura MIG
de plasma) El electrodo de alambre se suministra en longitudes grandes enrolladas que
permiten soldaduras continuas en cualquier posicioacuten de soldado En la soldadura
semiautomaacutetica el soldador guiacutea la pistola y ajusta los paraacutemetros del proceso en la
soldadura automaacutetica todas las funciones son asumidas por la maacutequina de soldar o robot
La soldadura en el sitio puede ser difiacutecil porque las corrientes de aire soplan el gas protector
lejos de la zona de soldadura
Soldadura con arco metaacutelico protegido (SMAW) De nuevo el arco se produce entre
el alambre o varilla de aporte y las piezas que se van a unir (Fig 1 8- 1 9a) pero ahora la
proteccioacuten es suministrada por un recubrimiento aplicado al exterior del alambre de aporte
(electrodo recubierto) El recubrimiento cumple varias funciones su combustioacuten y
descomposicioacuten con el calor del arco crea una atmoacutesfera protectora la fusioacuten del
recubrimiento proporciona una cubierta de escoria fundida sobre la soldadura el contenido
de Na o K del recubrimiento se ioniza faacutecilmente para estabilizar el arco Tambieacuten se
pueden introducir elementos aleantes desde el recubrimiento La eleccioacuten del electrodo (que
tambieacuten determina la polaridad) es criacutetica para el eacutexito Durante la soldadura el electrodo
se funde a una rapidez de aproximadamente 250 mmmin mientras que el recubrimiento se
funde para formar una escoria que se debe eliminar si se requiere maacutes de una pasada para
acumular el espesor completo de la soldadura Corno el recubrimiento es fraacutegil se usan
varillas rectas tiacutepicamente de 450 mm de longitud haciendo a este proceso adecuado soacutelo
para la operacioacuten manual con una rapidez relativamente lenta pero auacuten a bajo costo El
proceso es versaacutetil y adecuado para la aplicacioacuten en campo aunque precisa de una
habilidad considerable1048801 Es posible el soldado en todas las posiciones incluyendo el
realizado por arriba de la cabeza si el metal y la escoria solidifican suficientemente raacutepido
Soldadura de arco con nuacutecleo fundente (FCAW) Baacutesicamente se obtiene el mismo
resultado pero una penetracioacuten maacutes profunda con el fundente dentro de un tubo El alambre
para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automaacutetica continua Algunas
veces se proporciona una proteccioacuten adicional con un gas entonces el proceso se parece a
la soldadura con arco metaacutelico y gas
Soldadura de arco sumergido (SAW) Ahora el electrodo consumible es alambre de
aporte sin recubrimiento y la zona de la soldadura estaacute protegida por un fundente granular
suministrado independientemente desde un alimentador (Fig 1 8- 1 9b) en una capa gruesa
que cubre el arco El fundente protege el arco permite alta corriente y gran profundidad de
penetracioacuten asegura alta eficiencia actuacutea corno desoxidante y depurador y puede contener
elementos aleantes de polvo de metal La SAW es primordialmente un proceso automaacutetico
de soldadura con elevada rapidez de deposicioacuten Los electrodos en tandem sirven para
depositar grandes cantidades de material de aporte La posicioacuten de la soldadura debe ser
horizontal de esta manera es adecuada para tuberiacuteas de acero cilindros y tambieacuten para
soldaduras circulares si se gira la pieza de trabajo La soldadura de arco sumergido doble
(con una soldadura desde el interior y otra desde el exterior) se emplea para fabricar
tuberiacuteas soldadas en espiral Tambieacuten se puede usar con robots soldadores con la pieza de
trabajo manipulada en posiciones apropiadas
Soldadura con electroescoria (ESW) El proceso se utiliza ampliamente para soldar
uniones verticales en placas y estructuras gruesas (25 mm o maacutes) como plataformas de
perforacioacuten de petroacuteleo puentes barcos y marcos de prensas y molinos de laminacioacuten El
alambre del electrodo es alimentado a un bantildeo de escoria fundida (Fig 1 8 - 1 9c)
inicialmente se produce un arco pero luego se apaga debido a la escoria y el calor de la
fusioacuten es suministrado por el calentamiento por resistencia en la escoria Zapatas (represas)
de cobre enfriados con agua cierran el espacio entre las piezas que se van a soldar para
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
proceso es versaacutetil y adecuado para la aplicacioacuten en campo aunque precisa de una
habilidad considerable1048801 Es posible el soldado en todas las posiciones incluyendo el
realizado por arriba de la cabeza si el metal y la escoria solidifican suficientemente raacutepido
Soldadura de arco con nuacutecleo fundente (FCAW) Baacutesicamente se obtiene el mismo
resultado pero una penetracioacuten maacutes profunda con el fundente dentro de un tubo El alambre
para soldar ahora se puede enrollar y es factible la soldadura automaacutetica continua Algunas
veces se proporciona una proteccioacuten adicional con un gas entonces el proceso se parece a
la soldadura con arco metaacutelico y gas
Soldadura de arco sumergido (SAW) Ahora el electrodo consumible es alambre de
aporte sin recubrimiento y la zona de la soldadura estaacute protegida por un fundente granular
suministrado independientemente desde un alimentador (Fig 1 8- 1 9b) en una capa gruesa
que cubre el arco El fundente protege el arco permite alta corriente y gran profundidad de
penetracioacuten asegura alta eficiencia actuacutea corno desoxidante y depurador y puede contener
elementos aleantes de polvo de metal La SAW es primordialmente un proceso automaacutetico
de soldadura con elevada rapidez de deposicioacuten Los electrodos en tandem sirven para
depositar grandes cantidades de material de aporte La posicioacuten de la soldadura debe ser
horizontal de esta manera es adecuada para tuberiacuteas de acero cilindros y tambieacuten para
soldaduras circulares si se gira la pieza de trabajo La soldadura de arco sumergido doble
(con una soldadura desde el interior y otra desde el exterior) se emplea para fabricar
tuberiacuteas soldadas en espiral Tambieacuten se puede usar con robots soldadores con la pieza de
trabajo manipulada en posiciones apropiadas
Soldadura con electroescoria (ESW) El proceso se utiliza ampliamente para soldar
uniones verticales en placas y estructuras gruesas (25 mm o maacutes) como plataformas de
perforacioacuten de petroacuteleo puentes barcos y marcos de prensas y molinos de laminacioacuten El
alambre del electrodo es alimentado a un bantildeo de escoria fundida (Fig 1 8 - 1 9c)
inicialmente se produce un arco pero luego se apaga debido a la escoria y el calor de la
fusioacuten es suministrado por el calentamiento por resistencia en la escoria Zapatas (represas)
de cobre enfriados con agua cierran el espacio entre las piezas que se van a soldar para
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
evitar que la fusioacuten y la escoria escurran La cabeza de soldadura se debe elevar a medida
que aumenta el depoacutesito de soldadura En una variante del proceso un tubo guiacutea de acero
consumible se funde en el bantildeo de soldadura asiacute que no es preciso mover la cabeza
soldadora Si la pieza es girada tambieacuten se pueden realizar soldaduras circunferenciales
Soldadura con electrogaacutes (EGW) Es una consecuencia de la soldadura con
electroescoria pero estaacute relacionada con la hecha con arco metaacutelico y gas El alambre del
electrodo es soacutelido o estaacute cubierto con fundente y la proteccioacuten es proporcionada por un
gas (tiacutepicamente 80 Ar 20 CO2) El bantildeo fundido es nuevamente retenido con represas
de cobre
Soldadura de pieza de trabajo consumible
En algunos casos especiales de soldadura autoacutegena la pieza de trabajo se convierte
en el electrodo
Soldadura de arco con espaacuterrago o soldadura de espaacuterrago (Sw) El arco se
mantiene entre una proyecci6n (seccioacuten transversal reducida) en un espaacuterrago (uacutenicamente
una varilla roscada o lisa) y la superficie de la pieza de trabajo (usualmente una placa Fig
1 8-20a) Cuando la proyeccioacuten y la superficie de la placa se funden se aplica presioacuten para
unir el espaacuterrago a esta uacuteltima Normalmente la polaridad es DCEN para acero y DCEP
para aluminio Un casquillo ceraacutemico desechable de proteccioacuten concentra el calor del arco
protege de la oxidacioacuten y confina la fusioacuten Se puede utilizar un fundente embebido en el
espaacuterrago El diaacutemetro del espaacuterrago se elige de manera que la unioacuten falle en el espaacuterrago y
no en la laacutemina Millones de espaacuterragos a menudo roscados se emplean en la construccioacuten
de edificios de barcos en la industria automotriz en la construccioacuten de tableros eleacutectricos
y para la colocacioacuten de manijas y patas en los aparatos electrodomeacutesticos
Soldadura de espaacuterrago con descarga de capacitor Al colocar espaacuterragos pequentildeos
(de 2 a 6 mm de diaacutemetro) la energiacutea almacenada en un condensador se usa para calentar
(Fig 1 8-20b) La descarga ocurre justo antes o durante la aproximacioacuten a la superficie El
calor intenso y localizado permite la unioacuten de secciones transversales ampliamente
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
diferentes y tambieacuten de materiales disiacutemiles El control del tiempo y del movimiento son
criacuteticos Los espaacuterragos se pueden soldar a laacuteminas delgadas incluso a las recubiertas con
pintura o PTFE en el otro lado permitiendo la sujecioacuten de tableros de instrumentos placas
indicadoras y la decoracioacuten automotriz El teacutermino soldadura por percusioacuten (PEW) describe
la soldadura con descarga del capacitar aplicada para unir alambres a terminales y otras
superficies planas Como las dos terminales deben estar separadas antes del impacto no es
posible soldar anillos
FUENTES QUIMICAS DE CALOR
El calor necesario para la fusioacuten puede ser provisto por una fuente quiacutemica de calor
Soldadura con gas La soldadura con oxiacutegeno y gas combustible (OFW) es la forma
maacutes difundida de soldadura con gas El calor es producido por medio de la combustioacuten de
acetileno (C2H2) con oxiacutegeno (soldadura con oxiacutegeno y acetileno OAW) Ambos se
almacenan a alta presioacuten en tanques de gas y se unen en el soplete Despueacutes de la ignicioacuten
en la flama se genera una temperatura de aproximadamente 3 700 K (3 400degC) Se pueden
distinguir tres zonas (Fig l 8-2l a) La combustioacuten primaria se origina en la zona interna y
genera dos tercios del calor mediante la reaccioacuten
Estos productos de la reaccioacuten predominan en la segunda zona y asiacute proporcionan una
atmoacutesfera reductora favorable para la soldadura de acero La combustioacuten completa sucede
en la envolvente exterior a traveacutes de las reacciones
La flama protege suficientemente a los aceros al bajo carbono al plomo y al zinc
pero se necesita un fundente para la mayoriacutea de los otros materiales La temperatura
relativamente baja de la flama la habilidad para cambiar la flama de oxidante a neutra e
incluso a reductora y la flexibilidad del control manual adecuan al proceso a todos los
metales menos los refractarios y los reactivos como el titanio y el zirconio El proceso
tiene la ventaja de la portabilidad y es utilizable en todas las posiciones de soldado
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
El soldador (suponiendo que es diestro) sostiene el soplete en un aacutengulo
determinado respecto a la superficie y puede mover la varilla de metal de aporte (con su
recubrimiento de fundente) fuera del charco de soldadura en la soldadura hacia la izquierda
o hacia adelante (Fig 1 8-21b) precalentando de esta manera el aacuterea de la unioacuten y
obteniendo una unioacuten relativamente amplia Cuando el material de aporte se mueve arriba
del cordoacuten de soldadura (soldadura hacia la derecha o hacia atraacutes Fig 1 8-21 c) el charco
se mantiene caliente por un tiempo mayor y resulta una soldadura maacutes angosta a menudo
de mejor calidad
Otros gases incluyendo el propano el gas natural y el hidroacutegeno tambieacuten se
utilizan como fuente de calor particularmente para el aluminio y los metales de b ajo punto
de fusioacuten
Soldadura termita (TW) Cuando un oacutexido metaacutelico de baja energiacutea libre de
formacioacuten estaacute en contacto iacutentimo con un metal de mayor energiacutea libre de formacioacuten de
oacutexido el oacutexido metaacutelico se reduce en una reaccioacuten exoteacutermica geneacutericamente llamada
termita El polvo Thermit (una marca registrada de Th Goldschmidt AG Essen Alemania)
es una mezcla de un metal y un oacutexido por ejemplo aluminio y oacutexido de hierro
La reaccioacuten iniciada con un polvo de ignicioacuten especial libera hierro
Se agregan bolitas de aleacioacuten de hierro para reducir la temperatura de reaccioacuten hasta
alrededor de 2 500degC
El proceso se aplica para unir secciones pesadas (aacuterea miacutenima de 60 cm2) como
rieles o varillas de refuerzo en el campo Se construye un molde de arena o
semipermanente-- completo con bebedero compuerta y mazarota-- alrededor del aacuterea de la
unioacuten el polvo de termita se enciende en un crisol colocado arriba del molde y el hierro
resultante se sangra a traveacutes de un agujero en el fondo del crisol directamente hacia el
molde Despueacutes de la solidificacioacuten el molde es destruido y el acero en exceso auacuten caliente
es cortado con cincel Las barras colectoras eleacutectricas grandes se sueldan de manera similar
con aluminio y Cu20
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
SOLDADURA CON HAZ DE ALTA ENERGIacuteA
El calor de la fusioacuten se proporciona al convertir la energiacutea de los electrones o haces
de luz incidentes en calor ya se ha estudiado la aplicacioacuten de estos procesos al corte El
mismo procedimiento se emplea para unir a menos que las densidades de energiacutea sean
raramente de maacutes de 10 kWmm2 ya que la vaporizacioacuten y el quemado (agujerado)
arruinan la soldadura
Soldadura por haz de electrones (EBW) El cantildeoacuten de electrones (Fig 1 7-4) ahora
funde el metal base el metal fundido delante del agujero de vapor fluye alrededor para
llenar la separacioacuten de esta manera se pueden soldar separaciones angostas sin un metal de
aporte (aunque se pueden usar varillas de metal de aporte) La zona afectada por el calor es
muy estrecha La mayoriacutea de la soldadura se realiza al alto vaciacuteo (EBW-HV) o medio vaciacuteo
(EBW-MV) pero la operacioacuten sin vaciacuteo (EBW-NV) tambieacuten produce soldaduras de alta
calidad en muchos materiales Los procesos son extremadamente adaptables y sobresalen
para soldar tanto calibres delgados como secciones gruesas piezas con espesor disiacutemil
materiales endurecidos o de alta temperatura y materiales distintos La EBW es propicia
para el control automaacutetico
Soldadura por rayo laacuteser (LBW) La energiacutea de un laacuteser se puede emplear para calentar la
superficie del material (modo de conduccioacuten limitada) o para penetrar la profundidad
completa de la unioacuten (modo de penetracioacuten profunda o soldadura en forma de agujero de
cerradura) Como el calentamiento es una funcioacuten de la emisividad de la superficie el laacuteser
NdYAG de onda maacutes corta son maacutes adecuados para materiales altamente reflectantes
aunque no se pueden utilizar en vidrio o en poliacutemeros
El laacuteser tiene la ventaja de no precisar vaciacuteo Normalmente la pieza de trabajo
necesita la proteccioacuten de un gas excepto para la soldadura de puntos en la que el tiempo de
exposicioacuten es muy corto El oxiacutegeno soplado en la superficie reduce la reflexioacuten de la luz e
incrementa la rapidez de remocioacuten para el acero el gas inerte (N2 para aluminio Ar o Ar-
He para el titanio) aumenta la transferencia de calor para los metales no ferrosos El laacuteser
tiene una aplicacioacuten creciente particularmente para metales de calibre delgado Se logran
velocidades de soldado de cerca de 7 mm en laacutemina metaacutelica de 1 5 mm de espesor El
proceso es adecuado para la automatizacioacuten y ya sea la pieza de trabajo el laacuteser o el haz
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
se pueden mover a lo largo de trayectorias prescritas En relacioacuten con la soldadura por
resistencia la posibilidad de acceso desde un solo lado es una ventaja por ejemplo en el
soldado de tubos hidroformados Eacuteste es uno de los meacutetodos principales para producir
blancos a la medida
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
CONCLUSIONES
La unioacuten expande el alcance de todos los procesos de manufactura fundiciones
forjas extrusiones placas laacutemina de metal y piezas maquinadas se pueden unir para
producir formas maacutes complejas o estructuras maacutes grandes Los largueros soldados para
construccioacuten los bastidores de maacutequinas las carroceriacuteas de automoacuteviles los tubos y las
tuberiacuteas de todos tamantildeos los recipientes y las latas todos estos productos se encuentran a
nuestro alrededor La soldadura a menudo es la reparacioacuten maacutes econoacutemica y praacutectica para
maquinaria averiada Los bastidores para bicicletas soldados con soldadura fuerte los
cambiadores de calor los radiadores soldados y las juntas de plomeriacutea abundan La unioacuten
adhesiva se usa cada vez maacutes en las industrias aeacuterea automotriz de artiacuteculos
electrodomeacutesticos y otras
Las uniones dada su definicioacuten misma proporcionan una transicioacuten entre dos
materiales no necesariamente similares El control de calidad es auacuten maacutes importante que en
otros procesos porque la oxidacioacuten las peliacuteculas superficiales las inclusiones de escoria la
porosidad las separaciones cortes socavados las grietas por calor el agrietado en friacuteo
(fragilizacioacuten) y los esfuerzos residuales podriacutean causar fallas retrasadas peligrosas No
obstante se pueden obtener juntas de buena calidad algunas veces de igual resistencia al
del material base (pieza de trabajo) a traveacutes de varios medios
1 La soldadura en estado soacutelido se basa completamente en la adhesioacuten aunque es
extremadamente sensible a los contaminantes superficiales permite la unioacuten de un rango
amplio de materiales similares y disiacutembolos
2 La fusioacuten altamente localizada en la soldadura por resistencia representa una transicioacuten
de los procesos de fase soacutelida a liacutequida aun es sensible a los contaminantes pero la zona
afectada por el calor es pequentildea
3 La fusioacuten profunda o a traveacutes del espesor en los procesos de soldadura por fusioacuten ampliacutea
la zona afectada por el calor en el metal base en todos los procesos excepto en el de haz de
alta energiacutea (EB y laacuteser) La preparacioacuten superficial la geometriacutea de la soldadura las
atmoacutesferas protectoras yo escoria o fundentes y la rapidez de calentamiento y enfriamiento
se deben controlar simultaacuteneamente El calentamiento y el enfriamiento localizados hacen a
las estructuras soldadas susceptibles a la distorsioacuten y al agrietamiento bajo la influencia de
esfuerzos internos
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene
4 Con la soldadura fuerte y en la soldadura blanda se unen piezas de trabajo soacutelidas -sin la
fusioacuten del metal base- con un metal de menor punto de fusioacuten La unioacuten de nuevo se basa
en la adhesioacuten haciendo a la limpieza superficial y al ajuste los factores criacuteticos
5 Los poliacutemeros se pueden formular para ajustarse a la tarea particular en la unioacuten
adhesiva El control de la preparacioacuten superficial y la aplicacioacuten del adhesivo son cruciales
para el eacutexito
6 Los procesos de unioacuten son aditivos construyen un cuerpo a partir de unidades menores
Este principio tambieacuten se puede aplicar para fabricar piezas por medio de la fabricacioacuten de
formas libres Estos procesos han hecho posibles los prototipos raacutepidos progresos
adicionales han reducido el tiempo necesario para la construccioacuten de moldes y matrices
Con los maacutes recientes adelantos las teacutecnicas pueden conducir a la produccioacuten de lotes
pequentildeos de artiacuteculos de uso final
7 Los procesos de unioacuten ofrecen un campo amplio para la mecanizacioacuten la automatizacioacuten
y la aplicacioacuten de la roboacutetica El modelado matemaacutetico ha conseguido grandes avances y se
aplica la inteligencia artificial
8 Muchas teacutecnicas de unioacuten presentan riesgos considerables La luz emitida por los arcos
de alta temperatura y por los rayos laacuteser exige proteccioacuten ocular o confinamiento total el
calor el metal fundido y las chispas que vuelan de una zona de soldadura requieren
proteccioacuten facial proteccioacuten ocular guantes y otra ropa protectora los humos irritantes o
toacutexicos que emanan de solventes monoacutemeros y de las operaciones de soldadura comuacuten
fuerte y blanda y de la unioacuten adhesiva necesitan sistemas de escape ademaacutes de otras
medidas de seguridad e higiene