Soldadura (UNION-SOLDADURA_2_rev1) PDF

SOLDADURA Tecnologías y procesos PROCESOS INDUSTRIALES I Alberto Franco  Soldadura por fusión: conceptos generales I Proceso de unión por el que se establece continuidad entre las partes a unir Metales y polímeros Fenó...

SOLDADURA Tecnologías y procesos PROCESOS INDUSTRIALES I Alberto Franco  Soldadura por fusión: conceptos generales I Proceso de unión por el que se establece continuidad entre las partes a unir Metales y polímeros Fenómenos implicados Calentamiento Presión Aportación de material Zonas de la soldadura Material base, material de aporte y material de soldadura Zona afectada térmicamente (ZAT) Similares o disimilares Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 2  Zonas de la soldadura Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 3  Conceptos generales II Sold por fusión – interacción entre material base y material de aportación, en fase líquida ambos Sold en estado sólido – interacción entre los metales base en estado sólido Sold fuerte – mat base sólido y mat aporte líquido (T>450ºC) Sold. blanda - mat base sólido y mat aporte líquido (T 2000ºC Alta tasa deposición 2kg/min Resultados regulares y fiables Portatil y sencillo Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 14 Soldadura con termita o aluminotérmica (THW) Unir carriles de tren o gruas, tubos, barras estructurales… Cables conductores a pletinas y conectores Reparación piezas grandes (grietas en moldeo) Unión grandes forjas de acero (moldes de lingotes, ejes, estructuras para maquinaria y timones,…). Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 15  Naturaleza arco eléctrico I Arco voltaico generado para cerrar el circuito entre dos electrodos a diferente potencial y separados por un gas. Arco: alta producción de calor y radiación UV Vacío kV; medio conductor V Medio gas Ionización Cátodo (-) emite e- (poder termoiónico) ioniza gas, calienta ánodo. Ánodo (+) emite iones efecto decapante en cátodo. Max temp. Polaridad directa DCEN : cátodo=electrodo, ánodo=m. base. Polaridad inversa DCEP: cátodo=m. base, ánodo=electrodo. Estabilidad arco = f(poder termoiónico, pot ioniz, k) Vcebado > Vmto Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 16  Naturaleza arco eléctrico II Arco en CA: pot critico y pot de recebado, frecuencia Parámetros de operación en soldadura por arco  electrodo I trabajo (temperatura-espesor) longitud de arco (V) velocidad de avance polaridad Arco CC: estabilidad,  rend,  coste equipo, soplo mag. Arco CA:  rend,  coste equipo, no soplo Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 17  Soldadura con electrodo revestido (SMAW) Arco Arco eléctrico entre pieza a soldar y electrodo consumible Arco voltaico – ionización del aire Fusión total del electrodo y de su cobertura Transferencia del metal fundido del electrodo al baño Fusión local del material base Equipo Transformador CA, rectificador CC, generador CC Cables y conexiones Pinza portaelectrodos Electrodo Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 18  SMAW Funciones del revestimiento Eléctricas Cebado del arco - disociación (favorecida por ox Fe, Ti) Estabilidad del arco – ionización (metal Mg, Al o sales Na, K) Químicas Aislamiento del aire (O, N, H) – formación gas y escoria Interacción metalúrgica de la escoria – desox, defosf, inclusiones Físicas Térmico – reduce velocidad enfriamiento Físico – Impulsión de las gotas de electrodo hacia el cordón Fluidez escoria y contención del baño Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 19  SMAW Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 20  SMAW Tipos de corriente Recubrimiento electrodos Polaridad directa o negativa: Ácidos (FeO-SiO2-MnO) electrodo -, metal base + Elimina impurezas, buen Chorro cerrado, alta rendimiento, alto H penetración Celulósicos Transferencia bien direccionada Protección H, poca escoria, Polaridad inversa o positiva: buena penetración electrodo +, metal base – Rutilo (TiO2) Chorro abierto, baja Escoria viscosa y frágil, buen penetración rendimiento, alto H Transferencia más dispersa Básicos (carbonatos y fluoruros) Higroscópicos, escoria muy adherida, bajo H Gran rendimiento (adición de polvo metal) Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 21  SMAW Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 22  SMAW Factores fundamentales en la selección de electrodos 1. Identificación del metal base (acero baja aleación latón,…..similar o disimilar) 2. Posición en la cual debe efectuarse la soldadura. 3. Espesor y forma del metal base. 4. Diseño de la junta. 5. Especificaciones o condiciones de servicio requeridas para el trabajo (resistencia, calidad sup,…) 6. Tipo de corriente disponible (AC, DC) y potencia equipo 7. Eficiencia y rapidez requerida en la operación (nº piezas, destreza operador,….) Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 23  Tipo de corriente (SMAW) Característica CC CA Perdidas tensión en cables Alta Baja Electrodos Todos Necesidad estabilizad. Encendido Fácil Difícil Mto arco Fácil Difícil Soplo magnético Si No Salpicaduras Pocas Muchas Bajos espesores Preferible Más difícil Grandes espesores Menor Preferible rendimiento Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 24  SMAW Ventajas Limitaciones Equipo económico Operador muy especializado Versátil Productividad baja Facilidad de soldadura en No automatizable múltiples posiciones Aplicaciones Construcción estructural Naval Tubería Mantenimiento Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 25  Soldadura por arco sumergido (SAW) Fusión de un electrodo continuo (macizo o tubular), protegida por escoria generado por un fundente granulado o en polvo, que se alimenta por separado Equipo Transformador CA, rectificador CC, generador CC Cables y conexiones Sistema de descarga y recuperación de flux (fundente) Pinza portaelectrodos y sistema de avance Electrodo y alimentador de carrete Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 26  Soldadura arco sumergido (SAW) Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 27  Soldadura por arco sumergido (SAW) Ventajas Limitaciones Arco siempre oculto Limitación de posiciones Pocos humos (horizontal, tope y ángulo) Altas I (200-2000A) Preparación de bordes Poca habilidad operador cuidadosa Alto aporte térmico con Alta automatización riesgo de deformación Alta velocidad y alta Equipo estático, caro y deposición (2 m/min – 45 kg/h) diseñado a medida de la aplicación Buena penetración No apto para bajos esp (1050ºC), Cu-Cd, Cu-Ag (Tf>700ºC), Cu-Zn (Tf>900ºC). Polvo, pasta, hilo, lámina Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 55  Soldadura fuerte (Brazing) Ventajas Limitaciones Optimo para disimilares Riesgo crecimiento de grano Puede permitir TT posteriores en metal base Sin ZAT Autosustentación Mínima distorsión Trabajo a tracción geométrica Aplicaciones Materiales disimilares Elementos biomedícos Brocas, útiles de corte Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 56  Soldadura blanda (Soldering) Soldadura heterogénea Temperaturas < 400°C. Aleaciones aportación más empleadas: Sn-Pb, Sn-Ag, Zn-Al que funden < 250°C Penetración por capilaridad Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 57  Soldadura blanda (Soldering) FIGURE 32.2 An example of furnace brazing (a) before and (b) after brazing. The filler metal is a shaped wire and the molten filler moves into the interfaces by capillary action, with the application of heat. Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 58  Soldadura blanda (Soldering) Ventajas y limitaciones Proceso Fácil realización y bajo Limpieza mecánica y/o coste química Baja resist. Mecánica Aplicación fundente Optima conductividad Calentamiento metal Riesgo corrosión base (soplete, horno, Aplicaciones: soldador, inducción,…) electricidad, electrónica, Aplicación metal aporte hojalata Enfriamiento Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 59  Soldadura de plásticos Limitados a Etapas proceso termoplásticos Prep superficies Temperatura y presión Calentamiento Materiales iguales o de Union temp fusión muy Presión similares (riesgo de Enfriamiento bajo presión deformación o descomposicion) Por conducción (placa) Mat de viscosidades Por fricción similares Ultrasonidos Laser Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 60  Soldadura de plásticos - Aplicaciones Ultrasonidos: Teléfonos móviles Consumibles electrónicos Herramientas médicas desechables Juguetes Láser Componentes ligeros de automóviles Estructuras de pórticos Industria naviera. Pieza inyección soldada por ultrasonidos Soldadura laser Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 61 Soldadura de plásticos - Aplicaciones  Soldadura de plásticos - Aplicaciones Placa caliente: Depósitos de fluidos hidráulicos y cajas de baterías Marcos de puertas y Soldadura por convección ventanas de PVC no plastificado Tuberías termoplásticas de gas, agua y aguas residuales Perfiles de PVC soldados por placa caliente Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 63  Recargue mediante soldadura (cladding) Recargues y recubrimientos: preventivos o de recuperación Recubrimiento con aleaciones de base Cr, Ni y Co de piezas sometidas a efectos de temperaturas elevadas, corrosión, abrasión ,… Troqueles, herramientas de embutición, asientos de válvulas Aporte del material en forma de polvo Plasma o TIG con aporte, SAW , Laser Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 64  Corte no mecánico Oxicorte Corte plasma Corte laser Corte chorro agua Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 65  Procesos de corte (OFC) 1. Oxicorte (OFC) Es un proceso de corte por oxidación sólida del Fe a alta temp Se utiliza con aceros al carbono. No se puede usar con materiales que formen escoria refractaria SS, Al, etc. La llama (H2, C2H2) precalienta el acero hasta el rojo vivo. En ese momento se abre el chorro de O2 que oxida el Fe (exotérmica) y lo arranca (cascarilla), progresando el corte: Líneas de arrastre. Se pueden cortar grandes espesores de una pasada (650 mm) Prof: Alberto Franco Tecnología de Materiales: SOLDADURA II 66  Procesos de corte (OFC) Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 67  Procesos de corte (PAC) 2. Corte por plasma (PAC) La columna de plasma (30000K) vaporiza el metal, que es arrastrado por el chorro de gas (aire) acelerado por la boquilla. Se pueden cortar todos los metales. ZAT mínima. Buen acabado. Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 68  Corte no mecánico Corte laser Corte chorro de agua Energia del laser Agua a alta presion (>2000 bar) Gas que evacua material fundido+protege optica Abrasivo en suspensión +reac química Boquilla zafiro Gases activos (O) o Metales, polímeros, inertes (He, Ar) maderas, alimentos, hormigón y cerámicas Acción puntual, limpia. No ZAT, ni alteración Mínima ZAT mícro o macro Ancho corte < 0,5 mm Ancho corte < 1 mm Metales, polímeros, Formas muy complejas maderas, textil ↑ espesor que laser o Formas muy complejas plasma Prof: Alberto Franco UAN - PROCESOS INDUSTRIALES I 69