introducción a la tecnologia de la soldadura

introducción a la tecnologia de la soldadura

2013 – 1erC
INTRODUCCIÓN A LA
TECNOLOGIA DE LA
SOLDADURA
PROCESOS
FISICA Y
METALURGIA
TECNOLOGIA
DE LA
SOLDADURA
COMPORTAMIENTO
EN
SERVICIO
CIENCIA Y TECNOLOGIA DE LA SOLDADURA
Se producen fenómenos:
• FÍSICOS
• QUÍMICOS
• ELÉCTRICOS
• MECÁNICOS
• METALÚRGICOS
ENERGIAS Y FUERZAS
DE ENLACE
INTERATÓMICAS.
La soldadura ideal
consiste en última
instancia en lograr la
unión de dos materiales
a través de sus
superficies de contacto
logrando que estas
fuerzas de enlace se
establezcan entre pares
de átomos superficiales
pertenecientes a ambos
materiales.
E
E repulsión
ro
r
E atracción
F
F repulsión
r
F atracción
CONCEPTO DE SOLDADURA
SOLDADURA IDEAL
Teóricamente para producir una soldadura
es necesario sólo aproximar los átomos de
dos superficies metálicas lo suficiente para
que actúen espontáneamente las fuerzas
atractivas entre ambos.
SOLDADURA REAL
•Picos y Valles
102 - 104 d
•Óxidos
•Humedad
•Suciedad
SOLDADURA REAL
•Remoción de humedad
y suciedad
•Remoción o dispersión
de óxidos
•Acercamiento
íntimo
La rugosidad
superficial,
las películas
de óxido y la
humedad
adsorbida a
dichos óxidos,
conspiran
contra la
posibilidad de
materializar
una soldadura
ideal por
simple
contacto de
dos
superficies
UNIÓN METÁLICA
PRESIÓN
CALOR
PRESIÓN + CALOR
PROCESOS DE SOLDADURA
CLASIFICACIÓN
Terminología Universal
Standard Welding Terms and Definitions
(ANSI/AWS A3.0)
AWS : American Welding Society
PROCESOS DE SOLDADURA
FASE SÓLIDA
FASE LÍQUIDA
FASE SÓLIDO-LÍQUIDA
PROCESOS DE
SOLDADURA EN FASE
SOLIDA
PROCESOS DE SOLDADURA
o Forja
oFricción
o Presión en frío
oPresión en caliente
o Explosión
o Ultrasonido
o Difusión
(Resistencia)
PROCESOS DE SOLDADURA
Procesos de soldadura que
producen coalescencia por
la aplicación de presión y
una temperatura por debajo
de la temperatura de fusión
del metal base y del
consumible utilizado
FORJA
FRICCIÓN
F.R.W.
FRicción Welding
FRICCIÓN
FRICCIÓN
FRICCIÓN
FRICCIÓN
SOLDADURA POR
FRICCION EN UN
SEMIEJE DE
AUTOMOTOR
FRICCIÓN
Ciclo térmico moderado
No requiere aporte
Proceso limpio
Espacio requerido mínimo
No se necesitan operadores
calificados
FRICCIÓN
Las piezas deben tener eje de simetría
Alineación crítica
Equipo de costo elevado
No se pueden soldar metales
antifricción
FRICCIÓN
Industria aeroespacial
Industria agrícola
Industria automotriz: válvulas, tubos de ejes
varillas de suspensión
Componentes eléctricos Al-Cu
Bombas de agua (acero-acero inoxidable)
Medicina: prótesis de Co
PRESIÓN EN FRÍO
C.W.
Cold Welding
PRESIÓN EN FRÍO
No sufre ciclo térmico
 No es necesario temperatura
PRESIÓN EN FRÍO
Materiales con alta ductilidad
 Deformación durante el proceso
 Limpieza crítica
PRESIÓN EN FRÍO
Sellado de tubos (Al, Cu, Ni)
Unión de láminas o papel de Al o Cu
Alambres de Al, Cu, Au, Ag
PRESIÓN EN CALIENTE
(Forge)
F.O.W.
FOorge Welding
PRESIÓN EN CALIENTE
 calentamiento en hornos
 presión (martillado, matrices,
uniaxial)
 chapas unidas y laminadas (roll
bonding)
Soldadura por forja
con alta frecuencia
EXPLOSIÓN
E.X.W.
EXplosion Welding
EXPLOSIÓN
PLAQUEADO
POR
EXPLOSION
CHAPA DE ACERO A516 PLAQUEADA CON AISI 304
DE 22 mm DE ESPESOR
EXPLOSIÓN
No hay ciclo térmico
Se pueden unir metales no soldables
Pueden soldarse cientos de metros
cuadrados
EXPLOSIÓN
 Las superficies deben ser planas
 Los ruidos son excesivos
 Peligro de accidentes
 Operarios competentes
EXPLOSIÓN
Plaqueado de chapas
Uniones de transición en sistemas
eléctricos (Al, Cu, acero)
Intercambiadores de calor
Taponado de tubos
Cañerías
Soldadura por fricción-agitación
(FSW)
Funcionamiento
Tradicionalmente el aluminio ha sido
soldado por métodos por fusión: MIG,
TIG, o plasma.
TWI patentó en 1991 un nuevo
método de soldadura en fase sólida
denominado fricción – agitación
(FSW).
Esta soldadura sin fusión deriva de
la soldadura por fricción.
La soldadura se realiza con
la
introducción
de
una
herramienta que rota y se
desplaza dentro y sobre la
junta.
Junta FSW en Aluminio 7075 (Tufaro y Svoboda, 2011)
Herramienta:
concéntricos
diámetro
dos
de
cuerpos
distinto
El de menor diámetro (tetón):
-produce la agitación y el
plástico del material
flujo
El de mayor diámetro (hombro):
-genera presión y fricción que elevan
la temperatura
-facilita y contiene el flujo plástico
Aspecto de la soldadura por FSW
680rpm -146mm/min
Pastor, Svoboda (2012)
680rpm-558mm/min
Aspecto de la soldadura por FSW
- Penetración completa
- Zona agitada (cordón de soldadura)
- ZTMA
- ZTA
Formación de la soldadura
Ventajas:
Baja distorsión.
Excelentes propiedades de tracción,
plegado y fatiga.
Herramienta no consumible.
No requiere material de aporte ni
preparación de la junta.
Ventajas frente a la fatiga
Ausencia de sobremonta:
-el talón asociado a las soldaduras
convencionales actúa como concentrador
geométrico de tensiones.
Ausencia de aporte:
-en soldaduras por fusión las segregaciones
interdendríticas en el talón actúan como
fisuras pre-iniciadas.
PROCESOS DE SOLDADURA
o Brazing
o Soldering
BRAZING
MÉTODOS
Manual con soplete
De resistencia
Con quemador de gas
En baño de sal
En horno
Por inducción
Laser
T > 450ºC
APORTE DE BRAZING PREPOSICIONADO EN UNA
JUNTA TIPO “SOCKET” Y PROCESO DE BRAZING
MANUAL CON SOPLETE
HORNO PARA BRAZING AL VACIO
MIG-BRAZING
Laser Brazing
•
•
•
•
•
Aporte: Cu-Si3
Fuente: Laser Nd-Yag
Potencia: 2,9 kW
Vel: 77mm/seg
Material: acero 0,8 mm
SOLDERING
T < 450ºC
ALEACIONES DE
ESTAÑO Y PLOMO
•barras
•varillas
•hojas
•alambre
•polvo
Fundentes
PROCESOS DE SOLDADURA
o Arco eléctrico
o Electroescoria
o Electrogas
o Haz de electrones
o Láser
o Oxigas
o Aluminotermia
(Resistencia)
PROCESOS DE SOLDADURA POR FUSION
Una alternativa para resolver el problema es la
fusión localizada del material adyacente a las
superficies a unir y
lograr por
coalescencia del
líquido y su
posterior
solidificación, la
unión o
soldadura de
ambos
materiales.
INTENSIDAD DE POTENCIA
INTENSIDAD DE POTENCIA
La aptitud de una
fuente de energía
para ser empleada en
la soldadura por
fusión está dada en
gran medida por su
intensidad,
entendiendo por
intensidad de fuente
a la potencia
transferida de la
fuente a la pieza por
unidad de área de
intercambio térmico
efectivo entre la
fuente y la pieza.
OXI - GAS
OXI - GAS
OXI - GAS
LLAMAS – TORCHA OXIACETILÉNICA
TEMPERATURAS DE LLAMA
Soldadura por Aluminotermia
T.W.
Thermit Welding
Superficie del riel
Hongo
del Riel
1
Cordón de
soldadura
Hongo
del Riel
2
SOLDADURA POR RESISTENCIA
PROCESOS DE SOLDADURA
o Punto
o Continua
o Proyección
o A tope
o De destello
o Alta frecuencia
SOLDADURA POR RESISTENCIA
ESQUEMA DEL PROCESO DE SOLDADURA POR
RESISTENCIA (ERW) EN LAS VARIANTES DE PUNTO
(SPOT) Y COSTURA (SEAM)
Equipamiento
Evolución del punto de soldadura con el tiempo
Macrografía de un punto de soldadura
A Tope
U.W
Upset Welding
Figura 7-1
De Destello
F.W
Flash Welding
Figura 7-1
De Destello
F.W
Flash Welding
Figura 7-1
Rieles soldados por FBW
Castiglione, Svoboda (2009)
SOLDADURA
LASER DE
AISI 304 DE
3.2 mm DE
ESPESOR
LASER
Soldadura por láser
Soldadura por láser
Microsoldaduras Laser
HAZ DE ELECTRONES
CARACTERÍSTICAS DEL HAZ DE
ELECTRONES
EQUIPO PARA EBW
ESQUEMA DEL
PROCESO DE
SOLDADURA POR HAZ
DE ELECTRONES (EBW)
Comparación de soldaduras
por arco y por haz
electrónico
PROCESOS DE SOLDADURA POR ARCO
ELÉCTRICO
ALGUNAS DENOMINACIONES IMPORTANTES:
 SHIELDED METAL ARC WELDING (SMAW):
Soldadura con electrodo revestido manual.
 SUBMERGED ARC WELDING (SAW): Soldadura por
arco sumergido.
 GAS METAL ARC WELDING (GMAW): Soldadura con
alambre macizo continuo bajo protección gaseosa.
 GAS SHIELDED FLUX CORED ARC WELDING
(GSFCAW): Soldadura con electrodo tubular bajo
protección gaseosa.
 SELF SHIELDED FLUX CORED ARC WELDING
(SSFCAW): Soldadura con electrodo tubular
autoprotegido.
 GAS TUNGSTEN ARC WELDING (GTAW): Soldadura
con electrodo de Tungsteno bajo gas inerte.