Soldadura

La soldadura es uno de los procesos de fabricación más conocidos y que supone la unión de dos materiales que en la mayoría de los casos son metales a través de un proceso de fusión (también conocido como coalescencia). Este proceso de soldadura se produce a través de la fundición de ambas piezas (pudiendo agregarse en este momento algún tipo de material de relleno). Una vez que se produce el enfriamiento de la fundición, se convierte en una unión fija entre ambos materiales.

Antes de nada, es importante diferenciar los dos tipos de soldadura existentes dependiendo del material de aporte, que son los materiales que se utilizan para formar un cordón de soldadura de buena calidad. De modo que, en función de este material, podemos destacar dos formas de soldadura: homogénea o heterogénea. Hasta el final del siglo XIX, el único proceso de soldadura era la soldadura de fragua, que los herreros han usado por siglos para juntar metales calentándolos y golpeándolos. La soldadura por arco y la soldadura a gas estaban entre los primeros procesos en desarrollarse tardíamente en ese mismo siglo, siguiéndoles, poco después, la soldadura por resistencia y soldadura. La tecnología de la soldadura avanzó rápidamente durante el principio del siglo XX mientras que la primera guerra mundial y la segunda guerra mundial condujeron la demanda de métodos de unión fiables y baratos. Después de las guerras, fueron desarrolladas varias técnicas modernas de soldadura, incluyendo métodos manuales como la Soldadura manual de metal por arco, ahora uno de los más populares métodos de soldadura, así como procesos semiautomáticos y automáticos tales como Soldadura GMAW, soldadura de arco sumergido, soldadura de arco con núcleo de fundente y soldadura por electroescoria. Los progresos continuaron con la invención de la soldadura por rayo láser y la soldadura con rayo de electrones a mediados del siglo XX. Hoy en día, la ciencia continúa avanzando. La está llegando a ser corriente en las instalaciones industriales, y los investigadores continúan desarrollando nuevos métodos de soldadura y ganando mayor comprensión de la calidad y las propiedades de la soldadura.

Existen dos tipos de soldadura para materiales metálicos que varían en función del material de aportación:

Soldadura homogénea

Es el tipo de soldadura en el que no se emplea el conocido como material de aportación o, si se emplea, es del mismo material que las piezas que van a unirse. Es decir, para que la soldadura sea homogénea si se emplea material de aportación, se requiere que éste sea del mismo tipo que el material de las piezas en cuestión.

Soldadura heterogénea

Es la soldadura que se realiza entre materiales o metales de distinto tipo o aquella en la que, a pesar de que los metales son del mismo tipo, el material de aportación es de diferente naturaleza.

Tipos de soldadura

Soldadura fuerte

La soldadura fuerte es un tipo de soldadura térmica en la que un material de aportación ya fundido se introduce en el hueco o punto de unión de los metales. Los metales de aportación para este tipo de soldadura superan una temperatura de más 500 ºC (los metales de aporte en este tipo de soldadura siempre superan los 450 ºC), aunque esta temperatura es inferior a la de los metales que son objeto de la soldadura.

Como ventaja principal podemos destacar que, en este tipo de soldadura, si se emplea el metal de aportación adecuado, la unión producida entre ambos metales será muy resistentes, más incluso que el metal de estos materiales.

Es en las soldaduras por gas en las que el oxígeno actuará como agente inflamatorio, mientras que como combustible se podrán emplear otro tipo de gases, como por ejemplo el butano, el propano e incluso el acetileno y el uso de uno u otro dependerá del tipo de aplicación.

Características de la soldadura fuerte

• Aplicaciones: Se emplea sobre todo para uniones entre metales como bronce, acero, plata, latón o cobre
• Tipo: La soldadura fuerte es un tipo de soldadura heterogénea
• Materiales de aportación: El material de aportación más común es el latón, aunque también se puede emplear el cobre.
• Temperatura: La soldadura fuerte alcanza una temperatura de ochocientos grados
• Herramienta: Se emplea el soplete de gas como herramienta principal

Soldadura blanda

La principal diferencia entre la soldadura blanda y la soldadura fuerte es la temperatura de fusión del material de aportación. Es decir, en el caso de la soldadura blanda, la temperatura de fusión del material de aporte es inferior a los cuatrocientos cincuenta grados, mientras que en la soldadura fuerte, la temperatura del metal de aportación es superior a esta temperatura.

Características de la soldadura blanda

• Aplicaciones: La soldadura blanda tiene muchísimas aplicaciones, desde la creación de juguetes hasta incluso la fabricación de motores. Aunque su aplicación más común es la unión de pequeñas piezas de diferentes materiales.
• Tipo: La soldadura blanda es heterogénea, dado que se unen materiales de diferente naturaleza
• Materiales de aportación: La aleación de estaño es el material de aporte más común en este tipo de soldadura, aunque se utiliza, también, el plomo.
• Temperatura: La temperatura puede alcanzar los 400 ºC
• Herramienta: La herramienta más utilizada en la soldadura blanda es el soldador eléctrico

Soldadura Oxiacetilénica

La soldadura oxicetilénica es una de las soldaduras conocidas como autógenas y se puede realizar como soldadura homogénea y, también, como soldadura heterogénea.

Es decir, es un tipo de soldadura en el que el material de aporte puede ser el mismo que el del metal base (homogénea) o diferente al metal de aporte (heterogénea) o puede realizarse sin material de aporte (soldadura autógena).

Características de la soldadura oxiacetilénica

• Aplicaciones: Se aplica en soldaduras “grandes”. Es decir, se suele emplear en en soldaduras relativas a la construcción, automovilismo o incluso la industria naval.
• Tipo: La soldadura oxicetilénica, como hemos comentado, puede ser tanto heterogénea como homogénea (incluso autógena)
• Materiales de aportación: Se emplea el mismo material de aporte, diferente o no emplear material de aporte
• Temperatura: La temperatura en la soldadura oxicetilénica puede superar los 3.000 ºC
• Herramienta: En este tipo de soldadura se emplea el soplete oxiacetilénico, que consigue que no se propague el calor, logrando una fusión rápida. Y para ello emplea el oxígeno como agente inflamatorio y el acetileno como fuente de combustible

Soldadura por resistencia eléctrica

Características de este tipo de soldadura

• Aplicaciones: Es un tipo de soldadura realmente importante en la actualidad, sobre todo en la industria del día de hoy, ya que es una soldadura que se utiliza con materiales como la chapa fina. Se utiliza para los electrodomésticos de casa, para la carrocería de los vehículos o en otro tipo de sectores, como en la industria juguetera, por ejemplo.
• Tipo: La soldadura por resistencia eléctrica es homogénea
• Materiales de aporte: No se emplea material de aporte
• Temperatura: La temperatura de la soldadura por resistencia eléctrica varía en función de la temperatura de fusión de los materiales que son objeto de la soldadura.
• Herramienta: La herramienta varía en función del tipo de soldadura por resistencia eléctrica ya sea esta por puntos, por inducción o por arco eléctrico.

En estos tres procesos de soldadura el calor se produce cuando la electricidad pasa a través de las piezas que se van a unir. Para cada tipo de soldadura se emplean diferentes máquinas. Vamos a ver estos tres tipos de soldadura por resistencia eléctrica.

Tipos de soldadura por resistencia eléctrica

Soldadura por puntos

La soldadura por puntos supone el proceso de soldado por resistencia que utiliza la presión y la temperatura como método de unión entre las piezas, es decir, se calientan las piezas con la corriente eléctrica hasta temperaturas próximas a la fusión, para después ejercer presión sobre las piezas, lo que provoca la unión de las mismas.

Es un tipo de soldadura que se emplea, sobre todo, en placas de chapa o metálicas que tengan un espesor de entre 0,3 y 0,5 milímetros.

De todos los tipos de soldadura por resistencia, este es el más complejo y, por esto, si queréis más información podéis leer este artículo sobre la soldadura por puntos.

Soldadura por inducción

La soldadura por inducción o también conocida como soldadura por costura es una variación de la soldadura por puntos y aunque se basa en el mismo sistema que la soldadura anterior, la diferencia principal es que, en ésta, se cambian las puntas de los electrodos por rodillos.

Soldadura por Arco Eléctrico

Este tipo de soldadura se realiza con un electrodo revestido y como característica principal destaca la creación de un arco eléctrico entre una varilla metálica conocida como electrodo o electrodo revestido y la pieza que es objeto de la soldadura

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Seguridad

La soldadura sin las precauciones apropiadas puede ser una práctica peligrosa y dañina para la salud. Sin embargo, con el uso de la nueva tecnología y la protección apropiada, los riesgos de lesión o muerte asociados a la soldadura pueden ser prácticamente eliminados. El riesgo de quemaduras o electrocutación es significativo debido a que muchos procedimientos comunes de soldadura implican un arco eléctrico o flama abiertos. Para prevenirlas, las personas que sueldan deben utilizar ropa de protección, como calzado homologado, guantes de cuero gruesos y chaquetas protectoras de mangas largas para evitar la exposición a las chispas, el calor y las posibles llamas. Además, la exposición al brillo del área de la soldadura produce una lesión llamada ojo de arco (queratitis) por efecto de la luz ultravioleta que inflama la córnea y puede quemar las retinas. Las gafas protectoras y los cascos y caretas de soldar con filtros de cristal oscuro se usan para prevenir esta exposición, y en años recientes se han comercializado nuevos modelos de cascos en los que el filtro de cristal es transparente y permite ver el área de trabajo cuando no hay radiación UV, pero se auto oscurece en cuanto esta se produce al iniciarse la soldadura. Para proteger a los espectadores, la ley de seguridad en el trabajo exige que se utilicen mamparas o cortinas translúcidas que rodeen el área de soldadura. Estas cortinas, hechas de una película plástica de cloruro de polivinilo, protegen a los trabajadores cercanos de la exposición a la luz UV del arco eléctrico, pero no deben ser usadas para reemplazar el filtro de cristal usado en los cascos y caretas del soldador. ​

A menudo, los soldadores también se exponen a gases peligrosos y a partículas finas suspendidas en el aire. Los procesos como la soldadura por arco de núcleo fundente y la soldadura por arco metálico blindado producen humo que contiene partículas de varios tipos de óxidos, que en algunos casos pueden producir cuadros médicos como el llamado fiebre del vapor metálico. El tamaño de las partículas en cuestión influye en la toxicidad de los vapores, pues las partículas más pequeñas presentan un peligro mayor. Además, muchos procesos producen vapores y varios gases, comúnmente dióxido de carbono, ozono y metales pesados, que pueden ser peligrosos sin la ventilación y la protección apropiados. Para este tipo de trabajos, se suele llevar mascarilla para partículas de clasificación FFP3, o bien mascarilla para soldadura. Debido al uso de gases comprimidos y llamas, en muchos procesos de soldadura se plantea un riesgo de explosión y fuego. Algunas precauciones comunes incluyen la limitación de la cantidad de oxígeno en el aire y mantener los materiales combustibles lejos del lugar de trabajo.

Calidad

Muy a menudo, la medida principal usada para juzgar la calidad de una soldadura es su fortaleza y la fortaleza del material alrededor de ella. Muchos factores distintos influyen en esto, incluyendo el método de soldadura, la cantidad y la concentración de la entrada de calor, el material base, el material de relleno, el material fundente, el diseño del empalme, y las interacciones entre todos estos factores. Para probar la calidad de una soldadura se usan tanto ensayos no destructivos como ensayos destructivos, para verificar que las soldaduras están libres de defectos, tienen niveles aceptables de tensiones y distorsión residuales, y tienen propiedades aceptables de zona afectada por el calor (HAZ). Existen códigos y especificaciones de soldadura para guiar a los soldadores en técnicas apropiadas de soldadura y en cómo juzgar la calidad esta.

Aceros

La soldabilidad de aceros es inversamente proporcional a una propiedad conocida como la templabilidad del acero, que mide la probabilidad de formar la martensita durante el tratamiento de soldadura o calor. La templabildad del acero depende de su composición química, con mayores cantidades de carbono y de otros elementos de aleacion resultando en mayor templabildad y por lo tanto una soldabilidad menor. Para poder juzgar las aleaciones compuestas de muchos materiales distintos, se usa una medida conocida como el contenido equivalente de carbono para comparar las soldabilidades relativas de diferentes aleaciones comparando sus propiedades a un acero al carbono simple.

Debido a su alto contenido de cromo, los aceros inoxidables tienden a comportarse de una manera diferente a otros aceros con respecto a la soldabilidad. Los grados austeníticos de los aceros inoxidables tienden a ser más soldables, pero son especialmente susceptibles a la distorsión debido a su alto coeficiente de expansión térmica. Algunas aleaciones de este tipo son propensas a agrietarse y también a tener una reducida resistencia a la corrosión. Si no está controlada la cantidad de ferrita en la soldadura es posible el agrietamiento caliente. Para aliviar el problema, se usa un electrodo que deposita un metal de soldadura que contiene una cantidad pequeña de ferrita. Otros tipos de aceros inoxidables, tales como los aceros inoxidables ferríticos y martensíticos, no son fácilmente soldables, y a menudo deben ser precalentados y soldados con electrodos especiales.

Aluminio

La soldabilidad de las aleaciones de aluminio varía significativamente dependiendo de la composición química de la aleación usada. Las aleaciones de aluminio son susceptibles al agrietamiento caliente, y para combatir el problema los soldadores aumentan la velocidad de la soldadura para reducir el aporte de calor. El precalentamiento reduce el gradiente de temperatura a través de la zona de soldadura y por lo tanto ayuda a reducir el agrietamiento caliente, pero puede reducir las características mecánicas del material base y no debe ser usado cuando el material base está restringido. El diseño del empalme también puede cambiarse, y puede seleccionarse una aleación de relleno más compatible para disminuir la probabilidad del agrietamiento caliente. Las aleaciones de aluminio también deben ser limpiadas antes de la soldadura, con el objeto de quitar todos los oxidos, aceites, y partículas sueltas de la superficie a ser soldada. Esto es especialmente importante debido a la susceptibilidad de una soldadura de aluminio a la porosidad debido al hidrogeno y a la escoria debido al oxigeno.

NORMAS DE SEGURIDAD EN OPERACIONES DE SOLDADURA

SOLDADURA AUTÓGENA: (OXIACETILÉNICA)

El mayor peligro que presenta este tipo de soldadura es precisamente la conjunción del oxígeno y del acetileno. Con muy poco acetileno que se encuentre libre en el aire, es fácil que se produzca una explosión si existen llamas o simples chispas. También puede explotar espontáneamente sin necesidad de aire u oxígeno si está comprimido por encima de 1,5 kg. /cm2.  No se deben utilizar tuberías de cobre para transportar este gas, porque se produciría un compuesto altamente explosivo. Un exceso de oxígeno en el aire, tiene un grave peligro de incendio, por tanto no ventile nunca con oxígeno. Tampoco se deben engrasar las botellas de oxígeno ni los conjuntos de los aparatos, ya que las grasas pueden inflamarse espontáneamente en una atmósfera con mucho oxígeno. Utilice los protectores adecuados. Debe llevar ropas que protejan contra las chispas y el metal fundido, cuello cerrado y bolsillos abotonados. Las mangas deben estar metidas dentro de sus guantes o manoplas. Lleve la cabeza cubierta y gafas apropiadas. Su calzado será de seguridad y sus pantalones no llevarán vueltas. Debe usar también polainas y un mandil o peto protector.

Precauciones con las botellas:

• ·         Todas las botellas que contengan gases, y especialmente las de acetileno, se considerarán siempre llenas, se manejarán con extremo cuidado y se mantendrán alejadas de toda fuente de calor.
• ·         No se pueden usar eslingas para levantar botellas. Use una plataforma adecuada.
• ·         Manténgalas protegidas contra los golpes que puedan producir objetos al caer sobre ellas, y dispóngalas en lugares puedan ser fácil y rápidamente retiradas.
• ·         Las botellas que no estén en uso permanecerán tapadas
• ·         Cuando abra la válvula, sitúese a un lado del regulador y del manómetro. No use nunca martillos o similares para abrirla.
• ·         Evite los escapes en las conexiones, y si se produjeran, cierre la válvula antes de proceder a la reparación de la conexión. Si no puede repararla, traslade la botella a un lugar aireado hasta su completa descarga.

Canalizaciones y mangueras del equipo:

• ·         Han de ser de longitud adecuada al trabajo que se realice. Tenga en cuenta que está prohibido el empleo de racores intermedios.
• ·         Antes de su utilización, y periódicamente, se deberá verificar y revisar el estado de las canalizaciones de acetileno para asegurarse de que no tienen fugas en las juntas, racores y grifos, así como desgastes, cortes o quemaduras en las mangueras de conexión. ?
• ·         La unión de mangueras a racores se efectuará con la pieza adecuada, por ejemplo, una abrazadera. La unión por simple presión o el uso de alambres puede ser causa de accidentes debido a la expulsión de la manguera o a escapes.

Uso seguro de los sopletes:

·         Los sopletes deben tener boquillas apropiadas y en buen estado. Su limpieza se hará con alambre blando y con mucho cuidado para no deformarlas. Las obstrucciones de la boquilla pueden provocar retrocesos de la llama.

·         Estos retrocesos también pueden estar provocados por presiones mal reguladas. Si esto ocurre, deje el soplete de inmediato y enfríelo si se ha calentado. Antes de encenderlo de nuevo, pase oxígeno para eliminar cualquier traza de carbón que se haya acumulado debido a la combustión interna

·         Abra ligeramente la espita de oxígeno y mucho la de acetileno.

Manorreductores:

• ·         No los lubrique, y no permita que entren en contacto con sustancias grasas o combustibles.
• ·         Observe cuidadosamente si las medidas registradas son correctas.
• ·         Las reparaciones deben ser hechas únicamente por personal especializado.

Soldadura en el interior de recintos cerrados:

• ·         Preocúpese de que la ventilación sea buena y elimine los gases, vapores o humos existentes procedentes de la soldadura mediante aspiración.
• ·         No ventile nunca con oxígeno. 
• ·         Su ropa protectora debe ser no inflamable. No lleve ropa interior de fibras artificiales.

Soldadura en el interior de tanques y calderas:

• ·         Utilice corriente continua, es bastante menos peligrosa que la alterna.
• ·         Emplee bases de apoyo y capas intermedias aislantes como esterillas de caucho sin refuerzos de acero.
• ·         Instale los generadores de corriente de soldadura fuera del recinto cerrado en que esté trabajando. Si su ropa está humedecida por el sudor corre un gran peligro, añadido, además, a la buena conductividad eléctrica de las paredes metálicas de los depósitos.