TEMA 7: LA SOLDADURA

La soldadura puede definirse como un proceso de unión fijo o permanente entre metales en el que la adherencia se produce con aporte de calor a una temperatura adecuada con aplicación de presión ó sin ella, y con adición de metal o aleación fundida o sin ella. Considerada metalúrgicamente, es un proceso complejo que se produce cuando la distancia ente los átomos de las superficies que se unen es tal que entre ellos se pueden desarrollar fuerzas interatómicas que originan la adherencia. Las más usuales son:

Soldaduras heterogéneas, que son aquellas que se efectúan entre metales de distinta naturaleza con o sin metal de aportación o bien cuando los metales unidos son iguales pero distinto el metal de aportación. Las más normales son la soldadura blanda y la soldadura fuerte que, a su vez, puede ser amarilla o a la plata.
Soldaduras homogéneas, que son las que tanto los materiales que se sueldan como el metal de aportación son de la misma naturaleza. Si la soldadura se efectúa sin metal de aportación se le denomina autógena. Las más usuales son por forja, aluminotérmica, por fusión con gas, ultrasónica, por flotamiento, eléctrica y, dentro de éstas, por arco y por resistencia.

1.- SOLDADURA BLANDA

Se realiza uniendo las piezas a soldar que pueden ser de igual o distintos metales por una aleación metálica de bajo punto de fusión siempre menor de 500 ºC. Es muy fácil de realizar, pero tiene los siguientes inconvenientes: Se resistencia mecánica es ligeramente inferior a la de los metales soldados. La presencia de metales de distinto potencial galvánico, justamente con la humedad, pueden dar lugar a pilas de corrosión que producen una coloración oscura en la zona de la soldadura y a la larga, la destruye. La resistencia mecánica es del orden de 10 a 15 Kg/mm2. Sólo es aconsejable su utilización en piezas de alguna consideración cuando vayan a permanecer perfectamente secas. También se utilizan para asegurar una buena estanqueidad en recipientes que han de contener líquidos o gases no agresivos a presión ordinaria, y se utiliza bastante para establecer los contactos en las conexiones eléctricas. Se emplea fundamentalmente para soldar piezas de cinc, estaño, hojalata, Cu y sus aleaciones y, a veces, para el Al. La aleación que más se utiliza es la formada por estaño y plomo.

2.- SOLDADURA FUERTE O DURA

Es la que emplea como metales de aportación, aleaciones de punto de fusión superior a 500 ºC, pero siempre inferior a la de los metales que se unen. En ningún momento debe producirse la fusión de uno de ellos en el curso de la soldadura. Según el metal de aportación se distinguen la soldadura fuerte amarilla, que se realiza a temperaturas comprendidas entre 650 y 950 ºC, utiliza como metal de aportación el latón en forma de alambre. Se utiliza para la soldadura de hierro y Cu y sus aleaciones y, en general, para metales y aleaciones de temperatura de fusión superior a 900 ºC. Se suele alcanzar una resistencia a tracción del orden de 25 a 35 Kg/mm2. Y la soldadura fuerte con plata, que se diferencia de la amarilla, además del metal de aportación, en la técnica de la operación que es completamente diferente. En la soldadura amarilla podía haber holgura entre las superficies a soldar, pero en ésta conviene que se ajuste lo máximo posible, pues la máxima resistencia de la soldadura se obtiene cuando la holgura oscila entre 0,03 y 0,05 mm, ya que la aleación de plata debe penetrar por acción capilar, y la aleación empleada tiene como base la plata con cobre, cinc y cadmio. La aplicación más extendida es la soldadura de plaquitas de metal duro como la widia a los mangos de las herramientas.

3.-

SOLDADURA POR FORJA

Es el procedimiento tradicional utilizado por los herreros. Consiste en calentar las piezas a unir en una fragua hasta una temperatura próxima a la de fusión, así conseguir una plasticidad adecuada, y, a continuación, se forjan juntas. Es preciso que las superficies que se vayan a unir estén totalmente limpias y que el contacto entre ellas sea lo más perfecto posible. Se aplica por lo general a aceros de bajo contenido en carbono y la temperatura de calentamiento es del orden de 1.300 ºC.

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.- SOLDADURA ALUMINOTÉRMICA

 Llamada también con termita, esta soldadura aprovecha como metal de aportación y agente calorífico para la unión, el hierro líquido sobrecalentado que se obtiene de la reacción fuertemente exotérmica entre el aluminio y el óxido de hierro, finalmente divididos. Como fuente de energía se utiliza la termita, mezcla de aluminio y óxido de hierro en proporción 1 a 3 a la que se pueden añadir ferroaleaciones. La reacción tiene lugar a una temperatura aproximada de 3.000 º C, suficiente para fundir el hierro que actúa como metal de aportación. Sus aplicaciones principales son la soldadura de secciones muy gruesas sin necesidad de desmontarlas como por ejemplo los raíles de ferrocarril, grandes árboles de transmisión, bastidores de locomotoras, bancadas de grandes motores, etc. También se utiliza mucho en la soldadura de conductores eléctricos en las tomas de tierra. Su ventaja principal sobre otros procedimientos es que se obtiene la soldadura en toda la sección simultáneamente en lugar de obtenerse en capas sucesivas.

5.-

SOLDADURA POR PUNTOS ULTRASÓNICA

 Se realiza sometiendo a 2 chapas puestas en contacto a presión entre 2 sonotrodos a una vibración ultrasónica que le transmiten estos y que provoca un gripado por fricción energética de los cristales de las chapas puestas en contacto y que acaba por soldarlas perfectamente.

6.-

SOLDADURA OXIACETILÉNICA O POR FUSIÓN CON GAS

En este proceso, el calor necesario para la fusión de los bordes de las piezas que se van a unir y el metal de aportación procede de la combinación de un gas, acetileno, hidrógeno, metano, etano, propano, butano, etc., con el oxígeno en la boquilla de la tobera de un mechero de soldar denominado soplete y cuyo diámetro será tanto mayor cuanto mayor sea el espesor y la conductividad calorífica de las piezas a unir La combustión del acetileno con el oxígeno da lugar a una llama que suministra las máximas temperaturas que se pueden conseguir por este procedimiento, del orden de los 3.500 ºC. Es la más adecuada para soldar piezas de pequeño espesor y sus aplicaciones están limitadas por la menor temperatura que suministra la llama en comparación con el arco eléctrico, por lo que, para soldar piezas de gran espesor hay que precalentar necesariamente las zonas que se van a soldar.

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.- OXICORTE

Es un procedimiento de corte de metales por la combustión localizada y continua de los mismos con un chorro de oxígeno. Es una aplicación del soplete oxiacetilénico, aunque también se puede hacer con el arco eléctrico para fundir el metal y un chorro de aire u oxígeno a presión para desalojar el metal fundido. El procedimiento de oxicorte con soplete se basa en calentar previamente el metal al rojo con una llama de un soplete y hacerle arder con un chorro de oxígeno a presión. El equipo consta de los mismos elementos que la soldadura oxiacetilénica y el soplete difiere al de la soldadura en que se le ha adicionado un conducto o lanza para el oxígeno del corte. Se utiliza mucho en desguaces y en trabajos bajo agua.

8.-

SOLDADURA POR ARCO

Es el procedimiento más extendido para unir piezas metálicas. En él se aprovecha el calor concentrado del arco eléctrico para obtener soldaduras por fusión con o sin metal de aportación. Las condiciones y modalidades del funcionamiento del arco dependen de la naturaleza de los electrodos y de los gases interpuestos en el arco. La energía que produce el arco se distribuye un 43% en el ánodo, el 36% en el cátodo y el resto a la columna de gases. De esto se deduce que el calor que se emplea en calentar y fundir el metal es el 60%; el resto se disipa en el ambiente. Para iniciar el arco o cebado se establece un contacto entre el electrodo y la pieza.
Esto origina un cortocircuito que crea una elevada intensidad de corriente, la cual, por efecto Joule, pone incandescente tanto el extremo del electrodo como la zona de contacto de la pieza. En estas condiciones se ioniza el gas que está en las proximidades del contacto y si se separa unos milímetros el electrodo de la pieza, la corriente continúa pasando a través del gas ionizado y origina el arco luminoso o llama de soldar. Cuando se produce el arco, la energía calorífica que desprende hace que se funda tanto el extremo del electrodo como la zona de metal de la pieza situada enfrente y ambas se mezclan íntimamente. La penetración del arco se mide por el espesor del metal que se ha fundido debajo del electrodo. Conforme va consumiéndose el electrodo debe ir acercándosele a la pieza para mantener constante la longitud del arco, pues si se hace demasiado grande, el arco se apaga. La estabilidad de un arco será tanto mayor cuanto más pueda variarse esta distancia sin que se apague. Normalmente, el arco de corriente continua es más estable que el de alterna.

9.SOLDADURA POR ARCO EN ATMOSFERA INERTE

Este proceso se basa en aislar el arco y el metal fundido del aire ambiente mediante un gas inerte. Con este fin se emplean los gases nobles, el hidrógeno y el anhídrido carbónico.

Procedimientos mas usuales:

Soldadura TIG (por arco protegido con gas inerte y electrodo refractario). El arco se hace saltar en una atmósfera neutra de He ó Argón entre la pieza y un electrodo de Volframio. El metal de aportación lo suministra una varilla de soldar sin recubrimiento y de composición similar a la de las piezas que se van a unir.

Soldadura por arco de hidrógeno atómico

El calentamiento se consigue haciendo saltar el arco entre 2 electrodos de Volframio en una atmósfera de hidrógeno.
Soldadura MIG (por arco protegido con gas inerte y electrodo consumible). En este procedimiento se reemplaza el electrodo de Volframio por un alambre desnudo de metal de aportación de composición similar a las piezas que se van a unir haciéndosele llegar automáticamente al portaelectrodos, con una velocidad igual a la que se consume en el arco en una atmósfera de He ó Argón.
Soldadura MAG (por arco en atmósfera de anhídrido carbónico). Es una variante de la anterior en el que se sustituye el He ó Argón por CO2 seco de una pureza del 99%, porque es mucho más barato.

10.-

SOLDADURA CON CALENTAMIENTO POR RESISTENCIA ELÉCTRICA

Están basadas en el efecto Joule y agrupa aquellos procedimientos de soldadura en los que el calentamiento se produce al pasar una corriente eléctrica a través de las piezas que oponen una resistencia de contacto.  Se emplean con éxito en piezas de pequeño espesor.

11.-

SOLDADURA POR PUNTOS

Las piezas que se van a unir se colocan superpuestas entre 2 electrodos que las comprimen y dejan pasar una corriente eléctrica de elevada intensidad y bajo voltaje. Debajo de los electrodos, entre las 2 piezas, se desarrolla la máxima cantidad de calor por resistencia, obteniéndose un punto de soldadura en forma de lenteja. La distancia entre los puntos debe ser superior a un determinado valor que ha de ser tanto mayor cuanto mayor sea la conductividad de los metales que se van a soldar, pues de otro modo, la corriente establecería el circuito por la soldadura hecha con anterioridad. Es el tipo de soldadura por resistencia más usado, básicamente en la industria del automóvil, en la aeronáutica y en la de electrodomésticos.

12.- SOLDADURA POR COSTURA

Es una variante de la soldadura por puntos y éstos se forman sin solución de continuidad dando lugar a una costura continua y estanca. Los electrodos son ahora rodillos giratorios que conducen la corriente hasta las piezas ejerciendo presión sobre ellas. Se emplea para soldar depósitos estancos de paredes delgadas, para aceite, gasolina, agua, etc. También para hacer tubos, cubos, guardabarros de automóviles, etc.

13.-METALURGIA DE LA SOLDADURA

Las soldaduras son procesos metalúrgicos complejos que afectan a las características de las piezas soldadas, ya que requieren un calentamiento que puede producir alteraciones en las microestructuras semejantes a las obtenidas en un tratamiento térmico, y además, el metal que funde en el cordón de soldadura está sujeto a los mismos principios de fusión y solidificación y, por tanto, se pueden producir defectos como:

(1)Absorción de gases que origine sopladuras. (2)Reacciones con los gases de la atmósfera y formación de gases perjudiciales. (3)Segregación de los componentes. (4)Inclusión de escorias. (5)Tensiones internas que pueden originar grietas y deformaciones.

14.- SOLDABILIDAD DE LOS METALES

El concepto de soldabilidad se emplea normalmente para indicar la mayor o menor aptitud de un metal para soldarse con una determinada aleación bajo ciertas condiciones. En realidad, lo que nos interesa es conocer las precauciones que hay que tomar para obtener un cordón de soldadura exenta de defectos y con las características mecánicas necesarias.