Tema 6.1 Introducción a los procesos de soldadura PDF

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Ingeniería de Fabricación Grado en Ingeniería Mecánica Grado en Ingeniería Electrónica Industrial Grado en Ingeniería Eléctrica Grado en Ingeniería de Organización Industrial Tema 6.1 Introducción a los procesos de soldadura Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación Departamento de Ingeniería Mecánica y Minera Escuela Politécnica Superior de Jaén Curso Académico 2020-2021 (Segundo Cuatrimestre)  Introducción a los procesos de soldadura ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN  Definición  Soldabilidad  Clasificación 2. SOLDADURA FUERTE-BLANDA  Definición  Ventajas e inconvenientes  Metales de aportación  Fundentes  Diseño de unión  Procedimientos de soldadura 2 1. INTRODUCCIÓN Clasificación de los procesos de fabricación Moldeo y Fundición Permiten modificar la geometría, las propiedades Deformación Plástica y el aspecto del material de CONFORMADO Mecanizado trabajo MEJORA DE Otros procesos de conformado PROCESADO PROPIEDADES Tratamientos Térmicos PROCESADO DE SUPERFICIES Limpieza y Tratamiento Superficial PROCESOS DE Recubrimiento y Deposición FABRICACIÓN Soldadura UNIONES PERMANENTES Pegado por Adhesivos ENSAMBLES Permiten unir componentes Fijaciones Permanentes UNIONES para crear nueva entidad Fijaciones Roscadas MECÁNICAS 3 1. INTRODUCCIÓN DEFINICIÓN Arte o ciencia de unir perfectamente (continuidad y homogeneidad) dos piezas metálicas, de igual o distinta naturaleza, pudiéndose realizar con aportación de calor, aplicación de presión o ambos simultáneamente, con o sin metal de aportación Metal base: material que se va a unir por soldeo Metal de aportación: material añadido al metal base Aplicaciones: construcción de buques, tanques de alta presión, calderas, conductos, puentes, estructuras, reactores nucleares, aparatos electrónicos, fijación de herramientas de corte, carrocerías… 4 1. INTRODUCCIÓN SOLDADURA FRENTE A UNIONES NO PERMANENTES Ventajas Inconvenientes  Simplicidad de diseño  Selección de materiales acertada  Rapidez de ejecución  Aplicación correcta  Reducción de peso  Seguridad del proyecto  Economía de material  Riguroso control de operarios y de obra  Facilidad de reparación  No desmontable 5 1. INTRODUCCIÓN SOLDABILIDAD Facilidad de un material a ser conformado por soldadura y capacidad del mismo para soportar adecuadamente las condiciones de servicio. Principales factores que afectan a la soldabilidad:  Diseño de la junta.  La técnica de unión: energía, velocidad distorsión, configuración empleada (polaridad, gas, llama, etc.).  Material base y de aportación. La soldabilidad del acero se reduce al aumentar el contenido en carbono. Acero inoxidable: Fácil de soldar. Los más empleados son los de tipo cromo-níquel. La presencia de carbono resulta indeseable. Aluminio: No son fáciles de soldar debido a su afinidad con el oxígeno y su alta conductividad térmica. Las tecnologías más apropiadas para su soldadura son las de arco. 6 1. INTRODUCCIÓN SOLDABILIDAD Facilidad de un material a ser conformado por soldadura y capacidad del mismo para soportar adecuadamente las condiciones de servicio. La soldabilidad del acero se reduce al aumentar el contenido en carbono. 7 1. INTRODUCCIÓN El MA tiene un pto de fusión alto Con soplete Fuerte Tª de trabajo > 450 ºC Horno Por inducción Por resistencia Unión de metales mediante la adherencia del MA líquido a las superficies de MB Por fluencia Heterogénea (éste no se funde); unión por capilaridad. Por arco doble de carbón Por inmersión Entre materiales (MB) Blanda El MA tiene un pto de fusión bajo de distinta naturaleza Tª de trabajo < 450 ºC Oxiacetilénica o cuando se utiliza un Aire-Acetileno MA diferente al del MB Oxigas Oxhídrica Otros gases combustibles Con Fusión Soldadura Electrodo de carbono Arco eléctrico Arco doble de carbono La unión de metales se Electrodo de carbono en atmósfera inerte efectúa a una temperatura Hidrógeno atómico superior a la de fusión del Electrodo metálico MB y MA. Presencia de fase Electrodo metálico revestido líquida Arco sumergido TIG MIG MAG Unión Arc Soldadura de espárragos Soldadura por plasma Forja Presión en caliente Homogénea Presión en frío Por puntos Fricción Por costura Tanto los MB como el Explosión Resistencia Por protuberancias Por inducción Por chispa MA son de idéntica o Por alta frecuencia Por recalcado semejante composición Por ultrasonidos Ausencia de fase líquida, sólo Partículas Rayo electrónico Rayo láser se alcanza el estado plástico; alta energía unión mediante atracción interatómica. Bajo electroescoria Sin Fusión Otros Aluminotérmica 8 2. SOLDADURA FUERTE-BLANDA DEFINICIÓN Unión de metales mediante la adherencia del metal de aportación líquido (se funde) a las superficies de metal base (no se funde), por capilaridad. Soldadura fuerte Soldadura blanda Tfusión M.A. > 450 ºC < 450 ºC Cobre, plata, oro, níquel, Metales Estaño, zinc magnesio, aluminio Baja resistencia mec. Características Buena resistencia mec. Peligro de corrosión Unión entre metales de Asegurar estanqueidad composición diferente Contactos de conexiones Aplicaciones Unión plaquitas de corte eléctricas Recargue de piezas Piezas ornamentales desgastadas 9 2. SOLDADURA FUERTE / BLANDA VENTAJAS INCONVENIENTES  Facilidad para obtener uniones sanas  La resistencia mecánica y la entre materiales diferentes, o entre continuidad de las piezas nos es materiales de distinto espesor comparable al soldeo por fusión. (indiferente sus puntos de fusión), sólo  El diseño de las piezas y, a veces su se requiere seleccionar el material de preparación, pueden resultar más aportación compatible. complicado y costoso.  Se pueden obtener soldaduras en  Resulta difícil y poco económico su piezas de precisión. aplicación en el caso de piezas  Se requieren bajas Tª, lo que conlleva grandes. un ahorro energético.  Buena apariencia de la soldadura.  Proceso fácilmente automatizable.  Se adquiere habilidad antes que en la soldadura por fusión. 10 2. SOLDADURA FUERTE / BLANDA PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN Se limpia las superficies a soldar Se aplica fundente Se aplica calor sobre la superficie a soldar Por contacto del metal de aporte, éste se funde Por capilaridad el metal de aporte fundido sustituye al fundente y se distribuye por la superficie de la unión 11 2. SOLDADURA FUERTE / BLANDA PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN SOLDEO FUERTE Y BLANDO CON SOPLETE 1. Eliminar rebabas del tubo 2. Limpieza de superficie 3. Aplicación de fundente 4. Calentamiento MB 5. Aplicación de MA 6. Enfriamiento y limpieza 12 2. SOLDADURA FUERTE / BLANDA FUNDENTES FUNCIÓN Fundir a temperatura inferior a la de la soldadura Disolver la película de óxido o combinarse con ella para dar escoria Recubrir la superficie metálica para evitar que vuelva a oxidarse Dejarse desplazar fácilmente por la soldadura fundida El residuo no debe ser corrosivo ni higroscópico CARACTERÍSTICAS Son mezclas de muchos compuestos químicos, y se suelen suministrar en forma de polvo, pasta o líquido Debe aplicarse el fundente después de la limpieza de las piezas Cada fundente tiene un rango de temperaturas recomendado 13 2. SOLDADURA FUERTE / BLANDA METALES DE APORTACIÓN Capacidad de mojar al MB Temperatura de fusión inferior a la del MB y buena fluidez Apropiada resistencia mecánica y a la corrosión en estado de servicio Aplicación manual o pre-situado antes de la soldadura 14 2. SOLDADURA FUERTE / BLANDA METALES DE APORTACIÓN M.A. en forma de Varillas o Alambre M.A. en forma de Láminas 15 2. SOLDADURA FUERTE / BLANDA DISEÑOS DE UNIÓN UNIONES TÍPICAS A SOLAPE  son las que proporcionan mayor resistencia en la unión. El solape suele variar de una a tres veces el espesor de la pieza más delgada. A TOPE  no tienen la resistencia de la unión a solape. Se usan cuando las condiciones de servicio no son muy severas. CON CHAFLÁN INCLINADO O ESCARPADO  es una mezcla de las dos anteriores y sus propiedades son intermedias. 16 2. SOLDADURA FUERTE / BLANDA TIPOLOGÍAS DE EQUIPOS Soldeo fuerte y blando por SOPLETE Blanda (Tª < 450 ºC)  Propano Fuerte (Tª > 450 ºC)  Mayor poder calorífico  Oxiacetileno 17 2. SOLDADURA FUERTE / BLANDA TIPOLOGÍAS DE EQUIPOS Soldeo fuerte por Horno  cuando la temperatura de la zona de calentamiento tiene que controlarse de un modo exacto Horno de vacío para la soldadura fuerte del aluminio 18 2. SOLDADURA FUERTE / BLANDA TIPOLOGÍAS DE EQUIPOS Soldeo fuerte por inducción  cuando se necesita un calentamiento muy rápido de las piezas. La Tª de aplicación es suministrada por inducción utilizando una BOBINA INDUCTORA. Por esta bobina se pasa una corriente alterna con altas frecuencias La corriente que pasa por las bobinas se induce sobre las piezas de trabajo lo que genera una corriente que encuentra gran resistencia en las partes a unir. Se genera calor que varía en proporción a la conductividad del material, la corriente inducida y la frecuencia aplicada. 19 2. SOLDADURA FUERTE / BLANDA TIPOLOGÍAS DE EQUIPOS Soldeo fuerte por resistencia  El calor se produce por la resistencia que ofrecen las piezas a soldar, al paso de la corriente de baja tensión y elevada intensidad en el punto de contacto de los electrodos. El calentamiento por resistencia se utiliza cuando hay que soldar superficies pequeñas y el metal tiene una alta conductividad eléctrica. Soldadura por inmersión (baño de metal líquido o fundente)  soldadura de montajes pequeños 20