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Tema: Soldadura

  1. #1 (201565)

    Predeterminado Soldadura

    Me parece interesante abrir un hilo sobre este método tan utilizado tanto en Ingeniería Civil como Industrial. He aquí unos cuantos principios básicos.

    La soldadura es un método de unión de materiales de características homogéneas o no mediante el aporte de otro material que se adhiere por fusión a las dos piezas a unir.

    Os voy a hablar principalmente del más utilizado que es la soldadura por arco eléctrico. En ella se hace saltar una corriente eléctrica de gran intensidad entre dos electrodos y ésta puede ser tanto continua como alterna, de esta forma conseguimos derretir las piezas de material base para que se unan.
    En este caso distinguiremos también entre soldadura con aporte o sin él en función de que añadamos material de relleno en la junta o no.

    Los métodos más empleados de soldadura eléctrica son:

    MAW (Soldadura por arco manual): En ella se hace saltar un arco entre un electrodo revestido de flux y las piezas a soldar, el electrodo se va consumiendo a medida que soldamos y cuando se termina se sustituye por otro. Al terminar de soldar la junta queda cubierta por una capa de escoria que se elimina con un cepillo de alambre. Es la soldadura más popular, sobre todo en exteriores dado que el revestimiento del electrodo actúa como capa de protección para evitar que la junta se oxide debido a la alta temperatura de fusión.

    MIG/MAG (Soldadura de alambre con gas inerte/activo): En este caso el electrodo es una bobina de alambre del material que querramos soldar y la función de revestimiento de proteccion lo hace un gas (argon, CO2, Helio, mezcla de varios... en funcion del material) que sale a traves de la pistola de soldadura o antorcha junto con el alambre. Es el método más utilizado en la industria por su velocidad de aporte, ausencia de tiempos muertos, limpieza de la junta y alta calidad, sin embargo en Ingeniería civil se emplea menos, funadamentalmente por el riesgo de aparición de poros debido a que, al ser trabajos en exterior, el viento puede barrer el gas de protección y estropear la soldadura (Supongo que habreis visto a veces como en obras de puentes hay gente soldando dentro de una especie de tienda de campaña). Otro inconveniente en el mayor peso y volumen de los equipos para trabajos en zonas difíciles.

    TIG (Soldadura por electrodo de tungsteno): En este caso el aporte de material se realiza con un alambre que se sujeta con una mano mientras en la otra se lleva una antorcha de la que salta un arco eléctrico desde un electrodo de tungsteno (funde a unos 3000 ºC) al mismo tiempo que sale gas de protección. Es una soldadura de altísima calidad, tanto por aspecto como por características mecánicas, al mismo tiempo que dificil de ejecutar.
    Debido a que tiene un rendimiento bajo y que solo se emplea en espesores finos, no es habitual que se emplee en Ingeniería Civil más alla de barandillas de acero inoxidable en pasarelas peatonales y cosas por el estilo.

    FCAW (Soldadura con alambre tubular): Es similar a la MIG pero el alambre en lugar de ser macizo es hueco y está relleno de flux protector. Se puede soldar con gas o sin gas (innershield) con el mismo equipo que la MIG. Se diferencia en su rendimento, que es superior, sobre todo en espesores gruesos a partir de 15 o 20 mm.

    Arco Sumergido: Es un procedimiento automático y es el de mayor rendimento de todos los que se emplean hoy en día. Está limitado a uso industrial en piezas de gran tamaño y espesor grueso con geometrías sencillas (lineas rectas, círculos) de los que pueden ser un buen ejemplo las torres de los generadores eólicos.
    El principio de funcionamiento consiste en una columna desplazable en sentido longitudinal y vertical sobre la que va montada una antorcha que se alimenta de alambre (pero muy grueso) y, en lugar de emplear gas como protección usa flux en polvo que se deposita en una tolva y va cayendo sobre la soldadura a medida que esta se realiza.
    Si la soldadura es longitudinal es la columna la que se desplaza y si es un cilindro con un cordón radial entonces se monta un un virador que lo hace girar mientras la columna está quieta.
    Debido a que están enfocadas al máximo rendimiento y que no hay una persona sujetando la antorcha, las corrientes con las que trabajan son bestiales, de hasta 1500 amperios.

    Espero haber abierto un tema interesante.

  2. #2 (201624)

    Predeterminado

    Otros métodos de soldadura:

    Soldadura autógena: Consiste en un soplete de oxiacetileno o oxígeno-propano mediante el cual se calienta una varilla de metal con un fundente, la cual se derrite sobre la junta a unir. Es un método lento, artesanal, pero muy seguro cuando se trata de sellar tuberías por las que va a circular un fluido a presión.

    Soldadura por fricción: Se trata de una máquina parecida a un torno en la que se colocan las dos piezas a unir, cada una en un cabezal, haciendolas girar en sentido contrario, luego se acercan y empiezan a rozar, la temperatura sube y el material se pone al rojo vivo, uno de los cabezales es desplazable y empuja una pieza contra la otra hasta que se hacen una sola, momento en que afloja la presión y suelta la mitad que estaba agarrando y ya está.
    Es un método muy seguro porque la unión es total y la piezas quedan convertidas en una sola pero está limitada a piezas cilíndricas.

    Termofusión: Se usa para crear placas bimetálicas, por ejemplo de acero y aluminio, las dos mitades se calientan y se presionan quedando una lámina parecida a un fleje con un lado de un material y otro de otro material.
    A modo de anécdota, no hace mucho estuve visitando un astillero en el que están construyendo un barco para el cuál estamos construyendo equipos y el casco del buque hasta cubierta era acero y de ahí para arriba aluminio y todo con placas bimetálicas intercaladas que soldaban por el método MIG al acero y al aluminio.

    Soldadura CMT (Cold Metal Transfer): Es un método muy avanzado que se basa en el MIG y que ha sido desarrollado por la empresa austríaca Fronius, consiste básicamente en un generador de corriente y un alimentador de hilo con un antorcha la cuál dispone de un pequeño almacén para unos pocos centímetros de alambre y un motor de arrastre
    AC ultrarrápido que retira y acerca el hilo cientos de veces por segundo. El objetivo es que la gota de metal fundido no se genere encima de la pieza a soldar si no en la punta del alambre unos milímetros más arriba, ¿cuál es la ventaja? mucha menor distrorsión térmica. He visto dar cordones de 8 mm de ancho en unas chapas de 1 mm sin perforarlas, que alguien pruebe a hacer lo mismo con una soldadura MIG.

    Ultrasonidos: Se usa para soldar plásticos. Las ondas ultrasónicas derriten el plástico y hacen que se peguen unos con otros. Ejemplo: las lanchas Zodiac, las piezas se unen por este método.

  3. #3 (201883)

    Predeterminado

    En automoción se usan también otros dos métodos:

    Soldadura por puntos: Consiste en una pinza con un electrodo positivo en una de las puntas y negativo en la otra, al cerrarse sobre dos chapas solapadas la corrinte eléctrica de cortocircuito las funde en un punto y las deja solidarias. Este método se puede ver en talleres de chapa y pintura de coches en modo manual y automatizado con robots en las cadenas de fabricación. Es un método rápido, barato, suficientemente seguro, deforma muy poco las piezas y no necesita material de aporte, sin embargo su rango de trabajo se restringe a espesores finos y a chapas que se solapen.

    Soldaura láser: Es una soldadura de altísima calidad, con equipos muy costosos que además van sobre un robot u otro sistema automático. Consiste en la unión de dos piezas mediante la fusión por láser, con o sin aportación. Hay pocos fabricantes de automóviles que empleen este método a pesar de ser muy superior en calidad a la soldadura por puntos, de los pocos que lo hacen están Volkswagen en su gama Golf (Serie IV) y BMW.
    Con un equipo bien ajustado es virtualmente imposible saber por donde se ha soldado.

  4. #4 (202304)

    Predeterminado

    Precisiones sobre el TIG
    - TIG: Tungsten Inert Gas
    - Se puede realizar con o sin aportación de material
    - Aparte de en barandillas, se utiliza en la soldadura de perfiles de carpintería de acero inoxidable, así como en otros procesos de soldadura de acero inoxidable como cubas, tuberías, etc.

    Fotografía TIG
    » http://www.frado.net/fotoalbum/tig.jpg
    En este caso es TIG con aportación de material soldadon dos perfiles de carpintería de acero inoxidable calidad AISI316, la placa de cobre con el coliso se utiliza como guía y para disipar el calor de la soldadura, al ser el cobre más conductor que el acero inoxidable.

    Fotografía MIG/MAG

    » http://www.frado.net/dioptrias/images/20070202164957_img_9454.jpg
    En este caso se están soldado dos perfiles de carpintería de acero galvanizado por el procedimiento Sendzimir
    Última edición por frado fecha: 18-oct-2008 a las 09:53

  5. #5 (202592)

    Predeterminado

    Efectivamente, gracias por la precisión, en el método TIG se puede soldar sin aportación.
    Lo de las barandillas me refería únicamente a Ingeniería Civil, por supuesto que tiene muchas más aplicaciones y en procesos muy exigentes.

  6. #6 (204899)

    Predeterminado

    Cita Empezado por Roxo Ver Mensaje
    Efectivamente, gracias por la precisión, en el método TIG se puede soldar sin aportación.
    Lo de las barandillas me refería únicamente a Ingeniería Civil, por supuesto que tiene muchas más aplicaciones y en procesos muy exigentes.
    Sí, yo trabajo en una empresa dedicada a la tubería y calderería y este método se utiliza muy a menudo para tuberías de gas, RCI, productos químicos, etc.., tanto en acero carbono como en inox, con su correspondiente control mediante Ensayos No Destructivos (END) según especificaciones del cliente.

    Saludos

  7. #7 (205050)

    Predeterminado

    De hecho en ocasiones para soldaduras de mucha responsabilidad en espesores gruesos y en sitios donde no es posible emplear arco sumergido, lo que se hace es una vez biseladas las caras a soldar es dar el cordón base o cordón de raíz con TIG con aportación con lo que conseguimos una soldadura estanca y de gran seguridad para luego reforzar la junta con cordones de relleno por el método MIG/MAG.

    Ahab, si trabajas en este tema quizas nos puedas hacer una pequeña descripción de los métodos de comprobación de juntas que empleais (radiografías, líquidos penetrantes, etc.)

  8. #8 (205231)

    Predeterminado

    Buenos tardes.
    Respecto al control sobre uniones soldadas que se realiza en la empresa en la que estoy actualmente se resume en:
    - Líquidos penetrantes.
    - Radiografiado.
    - Ultrasonidos.
    - Pruebas hidráulicas.

    Como el 99,9 % de las empresas estos controles se subcontratan a una ECA u OCA autorizada.

    Así un poco por encima os cuento:
    Los líquidos penetrantes son el sueño de toda empresa porque sólo te muestran defectos superficiales (poros, discontinuidades...). Normalmente en las especificaciones de los clientes para los que trabajamos este control es secundario. Nosotros solemos utilizarlos para cuando hacemos nuevas tubuladuras en equipos o picajes en tuberías existentes comprobar como está el material base.

    Las radiografías. Este es el método más empleado. Te muestran hasta el mínimo defecto que pueda haber en la costura, tanto en la raíz, en el relleno como en el peinado.
    Os adjunto una radiografía tipo con los defectos que se pueden observar.

    » http://img87.imageshack.us/img87/2392/radiografatipoox8.jpg

    Los ultrasonidos los usamos muy poco. En los casi 10 años que llevo en la empresa los habremos hecho dos o tres veces, sobre todo en sitios donde por problemas de espacio no entraba la placa radiográfica. La última vez los hemos empleado para ver si había algún defecto en la soldadora de unos weldolet de 12" en una tubería de agua de refrigeración.

    Respecto a las pruebas hidráulicas este control es posterior al radiografiado. Como sabréis tanto las tuberías como los equipos tienen una presión de trabajo, otra de diseño y por último la presión de prueba, que es 1,47 veces superior a la de diseño. Según marca el RD 769/99 de Aparatos a Presión y el RAP, realizamos prueba hidráulica y justificación técnica (cálculos) tanto a tuberías como a equipos cuya presión máxima admisible (diseño) sea superior 0,5 bar.

    Bueno, esto es todo. Es un poco muy por encima. Tampoco me quiero meter con los diferentes categorías y módulos de los aparatos a presión porque es un poco rollete.

    Saludos

  9. #9 (205246)

    Predeterminado

    Muchas gracias Ahab, has hecho una excelente descripción, por supuesto ahí va rep.

  10. #10 (205320)

    Predeterminado

    Tensiones residuales en la soldadura.

    Todo el que haya visto como queda una pieza al acabar de soldarla respecto a como estaba antes habrá podido observar que se produce una deformación. Esta deformación se produce por la desigual aplicación de calor que queda localizada en la zona más próxima al cordón o zona de afectación térmica. Un caso típico se da cuando queremos hacer un perfil en forma de T con dos chapas, al dar el cordón por un lado el pie de la T se cerrará respecto al sombrero, de tal forma que aunque lo hayamos puesto a 90º al final estará 80 o 85 grados. Si damos un cordón inmediatamente por el otro lado la deformación se corregirá en su mayoría, el único problema es que no todas las estructuras soldadas son de una geometría tan sencilla.
    Si queremos construir un conjunto soldado que debe mantener unas medidas y unas tolerancias primero debemos tomar unas precauciones que son indispensables como es sujetar las piezas a una base firme y que no sea fácilmente deformable, con tornillos, torniquetas, sargentos, lo que sea, después aplicar ese mismo método de unión a las piezas entre si y dar unos puntos para ayudar a que no se mueva y luego sí, soldar procurando repartir los cordones por distintas zonas es decir, no concentrarse en terminar el trabajo en un lado antes de pasar al otro, es mejor alternar de un sitio a otro, con esto lo que hacemos es no concentrar todo el calor de una vez en una zona.

    Otro método preventivo para aliviar los efectos de las tensiones residuales en la soldadura es el de crear contradeformaciones. Recuerdo en una ocasión que en la empresa donde trabajo tuvimos que soldar unos refuerzos longitudinales a un perfil HEB creo que de 200, como los refuerzos iban solo por un lado era evidente que nos iba a quedar un plátano, la viga tenía unos 6 o 7 metros de largo y lo que hicimos fue colocarla en unos soportes en los extremos y contraflecharla con una fuerza de unas 7 toneladas, luego colocamos el refuerzo en el lado traccionado, lo apretamos con unos sargentos, soldadura al canto y voilà!, al aflojar el gato hidráulico la viga quedó recta.

    Sin embargo hay ocasiones en las que por la complejidad de la estructura este último método no es posible aplicarlo y por mucho que sujetemos las piezas al final se va a deformar, así que ahí van unos métodos para subsanar el problema:

    -El llamado finamente "método de percusión mecánica". Tómese una maza de 8 kg por lo menos, un operario que multiplique por 10 el peso de la maza (como mínimo) y aplíquense una serie de golpes a poder ser muy violentos en unas zonas próximas a la soldadura y cuya localización exacta solo la sabe la experiencia. Esto, aunque parezca una burrada, funciona bastante bien, lo que ocurre es que no es muy normal tener un tío pegando mazazos todo el día.

    -El método térmico. El calor localizado deformó la pieza, pues el calor la volverá a su sitio; solo hay que disponer de un horno para tratamientos térmicos y meter la pieza para un proceso de estabilizado que se hace de 500 a 600 ºC en acero carbono. Es un método que funciona bien y es aplicable en piezas de tamaño moderado, vamos que quepan en el horno. Al hilo de esto, hay la creencia que dice que si la pieza la vas a mecanizar posteriormente, da lo mismo lo que se deforme porque total luego se va a quitar el material sobrante. Eso es una verdad a medias, si quitas poco material no va a pasar nada pero si quitas mucho la pieza se seguirá deformando durante el mecanizado y además la tensión residual sigue ahí. Por eso si lo que estamos soldando es algo que luego va a ser por ejemplo una caja de engranajes, es conveniente estabilizarla en horno antes de mecanizar.
    Una puntualización sobre este método, es muy bueno en aceros convencionales al carbono, S235, S275, S355, etc, pero no se puede aplicar en otros tipos en los que sus propiedades mecánicas no dependen tanto de su aleación química como de su granulometría, como por ejemplo los aceros HSLA (high strength low alloy), en mi empresa los empleamos mucho, tienen límites elásticos muy elevados (más de 700 N/mm2) y deben su resistencia a su finísimo grano y no a una proporción alta de carbono.

    -Método de las vibraciones de resonancia. Consiste en un aparato que genera vibraciones de baja frecuencia y gran amplitud, la magnitud de éstas la determina el mismo aparato, el cual debe estar firmemente anclado a la estructura a destensionar. El funcionamento se basa en la busqueda de la frecuencia de resonancia propia de la pieza y en dejarla vibrar libremente (debe estar lo más aislada posible del suelo). Si la pieza es muy grande se aplica por zonas y poco más se puede decir sobre este método a parte de que dicen que es eficaz (yo no he visto in situ como se aplica), en cualquier caso parece más high tech que los tres anteriores, por si a alguien le interesa ahí va un enlace al catálogo de una empresa que los fabrica.

    http://www.stressreliefengr.com/formula62.pdf

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