Técnicas de Soldeo: Procesos, Ventajas, Desventajas y Defectos

Técnicas de Soldeo

Soldeo por Resistencia

El soldeo por resistencia genera calor mediante corriente eléctrica de alta intensidad que circula a través de dos electrodos durante un breve periodo de tiempo. Los metales que se sueldan ofrecen resistencia al paso de la corriente, lo que provoca su calentamiento. También es necesario aplicar presión.

Calor generado en función de: Capacidad de la máquina, material a soldar, presión aplicada y regulación de parámetros.

Fases: Posicionamiento, fase de soldeo, fase de mantenimiento y fase de relajación.

Tipos de Soldeo por Resistencia

• Por puntos: Carrocerías, electrodomésticos y muebles metálicos.
• Por protuberancias: Soldeo de placas, chapas y piezas embutidas sobre tubos; soldeo de tuercas y vástagos roscados; soldeo de artículos de cocina.
• Por roldanas o costura: Soldaduras lineales que permitan estanqueidad, como depósitos o bidones.
• A tope (butt welding): Secciones rectas de alambres, barras, tubos y perfiles.
• Por chisporroteo: Similar al soldeo a tope, para mayores secciones, rieles de ferrocarril, rollos de redondos y metales distintos sin problemas de dilución.

Soldeo por Oxigas

Es un proceso de soldeo por fusión que emplea el calor producido por una llama, obtenida de la mezcla de un gas combustible (acetileno) y oxígeno. Si se emplea metal de aportación, este se aplica mediante una varilla independiente de la fuente de calor. La protección del baño de fusión la realizan los gases de la llama o, en otros casos, desoxidantes. Se emplea oxígeno porque alcanza temperaturas de 800-1000 °C, que otros gases no alcanzan. Se emplea acetileno porque la llama que crea es de mayor temperatura.

Ventajas

1. El soldador tiene control sobre la fuente de calor independientemente del material de aportación.
2. Equipo de bajo coste, portátil y versátil.

Desventajas

1. Grandes deformaciones y tensiones internas.
2. Proceso lento (baja productividad).

Aplicaciones

• Pequeñas producciones.
• Pequeños espesores.
• Trabajos de campo.
• Soldaduras con cambios bruscos de dirección.
• Reparaciones por soldeo.

Materiales Soldables

Mayoría de metales y aleaciones férreas y no férreas, salvo:

• Refractarios (W, Mo y tántalo).
• Activos (titanio, circonio).

Arco Eléctrico

Descarga continuada entre dos conductores ligeramente separados, por donde pasa la corriente, al volverse conductor el aire o gas entre ellos. Para que un gas se vuelva conductor, hay que ionizarlo (separar sus átomos en iones y electrones). Se consigue mediante un choque de los electrones que salen de uno de los electrodos con el gas. Gas parcialmente ionizado: plasma.

Polaridad

• Inversa: Cordones estrechos con gran penetración; excesiva acumulación de calor en el electrodo, lo que causa sobrecalentamiento y rápido deterioro; efecto decapado (limpia óxidos de la pieza).
• Directa: Baño ancho con poca penetración; el electrodo soporta intensidades mayores que si estuviera conectado al polo positivo, ya que se calienta menos; no hay efecto decapado (no limpia óxidos).

Soplo Magnético

Es la desviación del arco de soldeo producida por la distorsión del campo magnético existente alrededor del arco. Se puede presentar en los extremos de las piezas ferromagnéticas. Puede deberse a:

• Cambio de dirección de la corriente al entrar en la pieza de metal base y dirigirse hacia la masa.
• Las líneas de campo magnético tienden a pasar por la pieza del metal base antes que por el aire.

Para disminuirlo:

• Colocar la masa alejada de las piezas a soldar.
• Reducir la corriente de soldeo.
• Usar longitud de arco corta.
• Posicionar el ángulo del electrodo en dirección opuesta al soplo.
• Colocar apéndices en los extremos de la unión.
• Usar corriente alterna.

Soldeo por Arco con Electrodos Revestidos (SMAW)

Fusión del metal gracias al calor generado por un arco eléctrico entre el electrodo revestido y el metal base. El material de aportación se obtiene por la fusión del electrodo en forma de pequeñas gotas. La protección se obtiene por la descomposición del revestimiento en forma de gases y escoria líquida sobre el baño, que posteriormente se solidifica.

Ventajas

• Equipo barato, sencillo y portátil.
• No necesita protección adicional.
• Menos sensibilidad al viento.
• Uso en cualquier posición.
• Aplicable a espesores > 2 mm.
• Aplicable a la mayoría de metales y aleaciones.

Desventajas

• Proceso lento.
• Requiere habilidad del soldador.
• No aplicable a metales con bajo punto de fusión (Pb, Sn, Zn).
• No aplicable a espesores < 2 mm.
• No productivo para espesores > 38 mm.
• Tasa de deposición inferior a otros procesos.

Aplicaciones

Soldaduras de producción cortas, mantenimiento y reparación.

Ejemplos

Naval, máquinas, tanques de almacenamiento, puentes, recipientes a presión.

Materiales

Aceros al carbono, aleados e inoxidables; fundiciones y metales no férreos (Al, Cu, Ni).

Soldeo por Arco Sumergido (SAW)

Fusión de un alambre-electrodo continuo y desnudo protegido por la escoria generada por un fundente, granulado o en polvo, suministrado a través de una manguera desde el depósito de fundente. El arco se establece entre el alambre metálico y la pieza a soldar. No hay proyecciones, por lo que el total del metal de aportación pasa a la soldadura. Gracias al fundente, las pérdidas térmicas son muy bajas (rendimiento = 80%).

Ventajas

• Alta tasa de deposición.
• Alta calidad de la soldadura.
• Alta penetración.
• Capacidad de automatización.

Desventajas

• Necesario depósito de fundente.
• Necesario empleo de respaldo.
• Fundente sujeto a contaminaciones.
• No adecuado para metales de pequeño espesor.

Respaldo

Herramientas usadas para soportar el metal fundido hasta que se solidifique. Tipos:

• Placas de respaldo: Si se apoya en una placa metálica o cerámica. La metálica puede llegar a fundirse y formar parte de la pieza final.
• Cordones de soldadura de respaldo: La pasada de raíz de respaldo puede permanecer como parte de la unión o ser retirada.
• Respaldo de fundente: Fundente sometido a cierta presión. El fundente se dispone en una envoltura de material flexible y por debajo se sitúa una manguera inflada que suministra una presión moderada por la raíz. El respaldo se retira.

Soldeo por Arco Revestido con Gas

TIG (Tungsten Inert Gas) o GTAW (Gas Tungsten Arc Welding)

Arco eléctrico entre un electrodo NO consumible de tungsteno y la pieza a soldar. Un gas inerte (Ar, He o una mezcla de ambos) protege al baño de fusión. El material de aportación, cuando se emplea, se aplica mediante varillas.

Ventajas: Adecuado para la mayoría de metales; arco estable y automatizable; con o sin material de aporte; empleo en todo tipo de uniones y posiciones; alta velocidad con espesores < 3-4 mm; soldadura de calidad; fuente de energía no muy cara; control independiente de la fuente y el metal de aportación.

Desventajas: Tasa de deposición baja; si es manual, requiere habilidad; no económico para espesores > 10 mm; protección difícil si surgen corrientes de aire.

MIG/MAG (Metal Inert Gas/Metal Active Gas) o GMAW (Gas Metal Arc Welding)

Arco entre un electrodo consumible (alambre macizo, desnudo, alimentado de forma continua) y el metal a soldar. El electrodo se convierte en el metal depositado según se consume. Un gas protector (inerte o activo) protege el electrodo, el arco, el metal fundido y las zonas adyacentes al metal base.

Ventajas: Aplicable a cualquier material; electrodo continuo, lo que aumenta la productividad (mayor que SMAW); soldaduras largas; cualquier posición; sin escoria.

Desventajas: Menos transportable que SMAW; difícil de usar en espacios restringidos; sensible al viento y las corrientes de aire.

FCAW (Flux Core Arc Welding)

Alambre tubular lleno de fundente.

Ventajas: Alta calidad, menor coste y esfuerzo, y alta velocidad de deposición; fácil automatización; buena apariencia; menos defectos.

Desventajas: Aleaciones ferrosas y base Ni; alambre tubular más caro; fuente cerca del soldeo; mayor mantenimiento; más humos.

Soldeo por Haz de Electrones (EBW)

Soldadura por fusión mediante una corriente de electrones muy concentrada y de alta intensidad que choca contra la superficie de trabajo. La energía cinética de los electrones se convierte en calor al chocar contra la pieza.

• Requiere diferencia de potencial de 10-150 kV. La intensidad es del orden de mA.
• Requiere cámara de vacío. A mayor vacío, mayor penetración.

Ventajas: Alta calidad, perfiles profundos y estrechos; zonas ZAT delimitadas y baja distorsión térmica; no requiere metal de relleno, fundentes ni gases protectores.

Desventajas: Elevado coste de los equipos; necesidad de preparación y alineación precisa de la unión; genera rayos X perjudiciales para la salud.

Aplicación: Soldadura con elevada precisión y mínima anchura de ZAT; industria automotriz, aeroespacial y nuclear.

Soldeo por Haz Láser (LBW)

Soldadura que emplea un rayo láser de gran potencia como fuente de calor. Puede concentrarse en un área muy pequeña.

Ventajas: Altas velocidades de soldadura; reducidas deformaciones y tensiones residuales; alta precisión; repetitividad de parámetros; automatización; habilidad mínima del operario; no necesita vacío; se puede dar forma al rayo láser; no genera rayos X; mayor calidad que EBW.

Defectos en Soldaduras

• Grietas o fisuras: Rotura local incompleta. No admisible. La grieta puede crecer y provocar rotura catastrófica. Longitudinales (paralelas al cordón de soldadura) o transversales (perpendiculares al cordón).
• Sopladuras y poros: Inclusiones gaseosas. Poros: forma esférica. Sopladuras vermiculares: forma de gusano.
• Inclusiones sólidas: Inclusiones de escoria, óxidos metálicos o partículas de metal extraños.
• Falta de fusión: Falta de unión entre el metal base y el metal depositado. Se produce pegadura, no unión.
• Falta de penetración: Falta de fusión en la raíz de la soldadura. No admisible a altos niveles de calidad.
• Mordedura: Falta de metal en el surco.
• Sobreespesor excesivo: Exceso de metal depositado en la raíz.
• Ángulo de sobreespesor incorrecto: Valor pequeño del ángulo. Brusca transición entre el metal de la soldadura y el metal base.
• Falta de alineación: Las piezas no se encuentran en el mismo plano.
• Falta de metal en la soldadura: Discontinuidad. Insuficiente deposición.
• Perturbación: Hundimiento del baño, lo que genera un agujero.
• Rechupe: Cavidad debida a la contracción del metal durante su solidificación.
• Exceso de asimetría en soldadura en ángulo.
• Salpicadura excesiva: Gotas de metal fundido proyectadas durante el soldeo que se adhieren al metal base.

Ensayos Destructivos y No Destructivos

Inspección Visual

Aplicaciones: Salpicaduras, recargue excesivo, grietas, deformaciones, mordeduras, falta de penetración.

Herramientas: Galgas, lupas, lámparas, calibres, falsas escuadras, metros, endoscopio.

Partículas Magnéticas

Aplicaciones: Defectos superficiales.

Herramientas: Las partículas, movidas de sur a norte por el campo magnético, se quedan en el surco.

Líquidos Penetrantes

1. Aplicación del penetrante.
2. Pasado un tiempo, se limpia el exceso de líquido.
3. Aplicación del líquido absorbente (revelador).
4. Las áreas donde siga quedando penetrante son áreas con discontinuidades.

No detecta defectos subsuperficiales. Aplicable a cualquier material.

Radiografía

Fuente, soldadura, película, zonas oscuras y zonas claras.

Ultrasonidos

O corriente Eddy, se basa en los principios de la inducción electromagnética. Se hace pasar una corriente alterna por un solenoide, la cual genera un campo magnético. Al colocar la pieza a inspeccionar en dirección perpendicular al campo magnético creado por el solenoide, se generan corrientes inducidas circulares en la pieza, que a su vez producen un campo magnético secundario que se opone al primario y modifica la impedancia de la bobina. La variación de la corriente eléctrica que circula por la bobina es el parámetro que se mide y registra. Los defectos existentes en la pieza interrumpen las corrientes inducidas, lo que provoca que el campo magnético producido por ellos sea menor. Detectan defectos como porosidad, mordeduras, grietas y rechupes.

Fugas

Orificios que pueden presentarse en forma de grietas, por donde puede escaparse algún fluido. Se necesita un espectrómetro de masas para detectarlas.