Soldadura: Diferenzas entre revisións

A '''soldadura''' eé un [[proceso de fabricación]] onde se realiza a unión de dous materiais, (xeralmente [[metais]] ou [[termoplásticos]]), usualmente logrados a través da coalescencia ([[fusión]]), na que as pezas son soldadas fundindo ambas e podendo agregar un material de recheo fundido (metal ou plástico), para conseguir un baño de material fundido (o baño de soldadura) que, ao enfriarse, se converte nunha unión fixa. Ás veces a presión é empregada conxuntamente coa calor, ou por si mesma, para producir a soldadura. Isto está en contraste coa soldadura branda (en inglés soldering) e a soldadura forte (en inglés brazing), que implican o derretemento dun material de baixo punto de fusión entre as pezas de traballo para formar un enlace entre eles, sen fundir as pezas de traballo.

Para a soldadura podensepódense empregar moitas fontes de enerxía diferentes, incluíndo unha chama de gas, un arco eléctrico, un láser, un raio de electróns, procesos de fricción ou ultrasón. A enerxía necesaria para formar a unión entre dúas pezas de metal xeralmente provén dun arco eléctrico. A enerxía para as soldaduras de fusión ou termoplásticos xeralmente provén do contacto directo cunha ferramenta ou cun gas quente.

Ata o final do século XIX, o único proceso de soldadura era a soldadura de fragua, que os ferreiros empregaron durante séculos para xuntar metais quentándoos e golpeándoos. A soldadura por arco e a soldadura a gas estaban entre os primeiros procesos en desenvolverse tardiamente no século, seguindo pouco despois a soldadura por resistencia. A tecnoloxía da soldadura avanzou rapidamente durante o principio do século XX mentres que a [[Primeira Guerra Mundial]] e a [[Segunda Guerra Mundial]] acrecentaron a demanda de métodos de xunta confiables e baratos. Despois das guerras, foron desenvoltas varias técnicas modernas de soldadura, incluíndo métodos manuais como a soldadura manual do metal por arco, agora un dos máis populares métodos de soldadura, así coma procesos semiautomáticos e automáticos tales como Soldadurasoldadura GMAW, soldadura de arco sumerxido, soldadura de arco con núcleo de fundente e soldadura por electroescoria. Os progresos continuaron coa invención da soldadura por raio láser e a soldadura con raio de electróns a mediados do século XX. Hoxe en día, a ciencia continúa avanzando. A soldadura robotizada está chegando a ser máis corrente nas instalacións industriais, e os investigadores continúan desenvolvendo novos métodos de soldadura e gañando maior comprensión da calidade e as propiedades da soldadura.

A historia da unión de metais remóntase a varios milenios, cos primeros exemplos de soldadura dende a Idade de Bronce ata Idade de Ferro en Europa e no Oriente Medio. A soldadura foi empregada na construción do Pilar de ferro de Delhi, na India, erixido preto do ano 310 e cun peso de 5.4 toneladas. 1 A Idade Media trouxo avances na soldadura de fragua, na que os ferreiros repetidamente golpeaban e quentaban o metal ata que produciaproducía a unión. En 1540, Vannoccio Biringuccio publicou o tratado De la pirotechnia, que inclúe descricións das operacións de forxado. Os artesáns do Renacemento eran habelenciosos no proceso, e a industria continuou medrando durante os seculosséculos seguintes.2 Porén, a soldadura foi transformada durante o seculo XIX. En 1800, Sir Humphre Dave descubriu o arco eléctrico, e os avances na soldadura por arco continuaron coas invencionsinvencións dos electrodos de metal polo ruso, Nikolai Slavyanov, e o americano, C. L. Coffin a finais dos anos 1800, incluso como a soldadura por arco de carbón, que usaba un electrodo de carbón, gañou popularidade. Arredor de 1900, A. P. Strohmenger lanzóu un electrodo de metal recuberto en Gran Bretaña, que deu un arco máis estable, e en 1919, a soldadura de corrente alterna foi inventada por C. J. Holslag.3

A soldadura por resistencia tamén foi desenvolta durante as décadas finais do seculo XIX, coas primeiras patentes de Elihu Thomson en 1885, quen produciu posteriores avances durante os seguintes 15 anos. A soldadura de aluminotérmica foi inventada en 1893, e arredor dese tempo, estableceuse outro proceso, a soldadura a gas. O acetileno foi descuberto en 1836 por Edmund Davy, pero o seu emprego na soldadura no foi práctico ata cerca de 1900, cando foi desenvolto un soplete axeitado.4 Ao principio, a soldadura de gas foi un dos máis populares métodos de soldadura debido á súa portabilidade e custo relativamente baixo. Non obstante, a medida que progresaba o seculo XX baixaron as preferencias para as aplicacións industriais. En gran parte foi sustituídasubstituída pola soldadura de arco, na medida que continuaron sendo desenvoltas as cubertas de metal para o electrodo (coñecidas como fundente), que estabilizan o arco e protexen o material base das impurezas.5

A Primeira Guerra Mundial causou un repunte importante no emprego dos procesos de soldadura, coas diferentes forzas militares procurando determinar cales dos varios procesos novos de soldadura serían os mellores. Os británicos empregaron primariamente a soldadura por arco, incluso construíndo unha nave, o Fulagar, cun casco enteiramente soldado. Os estadounidenses eran máis vacilantes, pero comenzaroncomezaron a recoñecer os beneficios da soldadura de arco cando o proceso lles permitiu reparar rapidamente as naves despois dos ataques alemáns no porto de Nova Iorque ao principio da guerra. Tamén a soldadura de arco foi aplicada primeiro nos avións durante a guerra, pois algunhas fuselaxes dos aeroplansaeroplanos alemansalemáns foron construidasconstruídas empregando o proceso.6

Durante os anos 1920, importantes avances foron feitos na tecnoloxía da soldadura, incluíndo a introdución da soldadura automática en 1920, na que o arame do electrodo era alimentado continuamente. O gas de protección converteuse nun tema de especilaespecial interese e atención, mentres que os científicos procuraban protexer as soldaduras contra os efectos do osíxeno e o nitróxeno da atmosfera. A porosidade e a fraxilidade eran os problemas primarios, e as solucións que desenvolveron incluíron o uso do hidróxeno, argón, e helio como atmosferas da soldadura.7 Durante a seguinte década, posteriores avances permitiron a soldadura de metais reactivos como o aluminio e o magnesio. Isto, conxuntamente co desenvolvemento da soldadura automática, a corrente alterna, e os fundentes, alimentaron unha importante extensión da soldadura de arco durante os anos 1930 e durante a Segunda Guerra Mundial.8

A mediados do seculo XX, foron inventados moitos métodos novos de soldadura. 1930 viu o lanzamento da soldadura de perno, que pronto chegou a ser popular na fabricación de naves e na construción. A soldadura de arco sumerxidosomerxido foi inventada o mesmo ano, e continúa sendo popular hoxe en día. En 1941, despois de décadas de desenvolvemento, a soldadura de arco de gas tungsteno foi finalmente perfeccionada, seguida en 1948 pola soldadura por arco metálico con gas, permitindo a soldadura rápida de materiais non ferrosos pero requirindo custosos gases de protección. A soldadura de arco metálico protexido foi desenvolta durante os anos 50, empregando un fundente de electrodo consumible cuberto, e converteuse rapidamente no máis popular proceso de soldadura de arco metálico. En 1957, dá comezo o proceso de soldadura por arco con núcleo fundente, no que o electrodo de arame autoprotexido podía ser empregado cun equipo automático, obtendo altas velocidades de soldadura, e ese mesmo ano foi inventada a soldadura de arco de plasma. A soldadura por electroescoria foi introducida en 1958, e foi seguida en 1961 pola soldadura por electrogaselectrogás.9

Outros desenvolvementos recentes na soldadura inclueninclúen en 1958 o importante logro da soldadura con raio de electronselectróns, facendo posible a soldadura profunda e estreita por medio da fonte dade calor concentrada. Seguindo a invención do láser en 1960, a soldadura por raio láser iníciase varias décadas máis tarde, e demostrou ser especialmente útil na soldadura automatizada de alta velocidade. Non obstante, ambos procesos continúan sendo altamente custosos debido ao alto prezo do equipo necesario, e isto limitou as súas aplicacions.10

Estes procesos empregan unha fonte de alimentación de soldadura para crear e manter un arco eléctrico entre o electrodo e o material base para derreter os metais no punto da soldadura. Poden empregar tanto corrente continua (DC) como alterna (AC), e electrodos consumibles ou non consumibles que están cubertos por un material chamado revestimento. Ás veces, a rexión da soldadura é protexida por un certo tipo de gas inerte ou semiinerte, coñecido como gas de protección, e o material de recheo ás veces eé empregado tamén.

O soldeo brando e forte eé un proceso no que non se produce a fusión dos metais base, sosó únicamente do metal de aportación., sendo o primeiro proceso de soldeo empregado polo home, xa na antiga Sumeria.

Para prover a enerxía eléctrica necesaria para os procesos da soldadura de arco, poden ser empregadas un número diferente de fontes de alimentación. A clasificación máis común son as fontes de alimentación de corrente constante e as fontes de alimentación de voltaxe constante. Na soldadura de arco, a lonxitude do arco está directamente relacionada coa voltaxe, e a cantidade de entrada de calor está relacionada coa corrente. As fontes de alimentación de corrente constante son empregadas con máis frecuencia para os procesos manuais de soldadura tales como a soldadura de arco de gas tungsteno e soldadura de arco metálico protexido, porque elas manteñen unha corrente constante, incluso mentrasmentres a voltaxe varía. Isto é importante na soldadura manual, xa que pode ser difícil soster o electrodo perfectamente estable, e como resultado, a lonxitude do arco e a voltaxe tende a flutuar. As fontes de alimentación de voltaxe constante manteñen a voltaxe constante e varían a corrente, e como resultado son empregadas máis a miúdo para os procesos de soldadura automatizados tales como a soldadura de arco metálico con gas, soldadura por arco de núcleo fundente, e a soldadura de arco somerxido. Nestes procesos, a lonxitude do arco é mantida constante, posto que calquera flutuación na distancia entre material base é rápidamente rectificado por un cambio grande na corrente. Por exemplo, se o arame e o material base se acercan demasiado, a corrente aumentará rapidamente, o que á súa vez causa un aumento de calor na extremidade do arame que se funde, volvendo á súa distancia de separación orixinal.11

O tipo de corrente empregado na soldadura de arco tamén xoga un papel importante. Os electrodos de proceso consumibles como os da soldadura de arco de metal protexido e a soldadura de arco metálico con gas xeralmente empregan corrente directa, pero o electrodo pode ser cargado positiva oou negativamente. Na soldadura, o ánodo cargado positivamente terá unha concentración maior de calor, e como resultado, cambiar a polaridade do electrodo ten un impacto nas propiedades da soldadura. Se o electrodo é cargado negativamente, o metal base estará máis quente, incrementando a penetración e a velocidade da soldadura. Alternativamente, un electrodo positivamente cargado resulta en soldaduras máis superficiais.12 Os procesos de electrodo nonon consumibles, tales como a soldadura de arco de gas tungsteno, poden empregar calquera tipo de corrente directa, así como tamén corrente alterna. Porén, coa corrente directa, debido a que o electrodo só crea o arco e non proporciona o material de recheo, un electrodo positivamente cargado causa soldaduras superficiais, mentrasmentres que un electrodo negativamente cargado fai soldaduras máis profundas.13 A corrente alterna móvese rápidamente entre estas dúas, dando por resultado as soldaduras de mediana penetración.; unha desvantaxe da CA, o feito de que o arco debe ser reencendido despois de cada paso por cero, tratouse coa invención de equipos especiais que producen un patrón cadrado de onda en vez do patrón normal da onda seno, facendo posibles pasos a cero rápidos e minimizando os efectos do problema.14

Un dos tipos máis comúns da soldadura de arco e a soldadura manual con electrodo revestido (SMAW, Shielded Metal Arc Welding), que tamén eé coñecida como soldadura manual de arco metálico (MMA) ou soldadura de electrodo. A corrente eléctrica empregaseemprégase para crear un arco entre o material base e a varillavariña de electrodo consumible, que eé de aceiro e está cuberto con uncun fundente que protegeprotexe a área da soldadura contra a oxidación e a contaminación por medio da producciónprodución do gas CO2 durante o proceso da soldadura. O núcleo en sísi mesmo do electrodo actúa como material de recheo, facendo innecesario un material de recheo adicional.

O proceso é versátil e pode realizarse con uncun equipo relativamente barato, facéndofacéndoo axeitado para traballos de taller e traballo de campo.15 Un operador pode facerse razonablementerazoablemente competente con unhacunha modesta practicapráctica e entrenamentoadestramento e pode acadar a maestríamestría con experiencia. Os tempos de soldadura son algo lentos, posto que os electrodos consumibles deben ser sustituidossubstituídos con frecuencia e porque a escoria, o residuo do fundente, debe ser retirada despois de soldar.16 AdemáisAdemais, o proceso eé xeralmente limitado a materiais de soldadura ferrosos, electrodos especializados fan posible a soldadura do ferro fundido, níquel, aluminio, cobre, aceiro inoxidable e doutros metais.

A soldadura de arco metálico con gas (GMAW), tamén coñecida como soldadura de metal e gas inerte o porpolas seusúas siglasiglas en inglés MIG (Metal inert gas), eé un proceso semiautomático ou automático que emprega unha alimentación continua de arame como electrodo e unha mezclamestura de gas inerte o semi-inerte para protexer a soldadura contra a contaminación. Como con acoa SMAW, a habilidade razoable do operador pode ser acadada con entrenamientoadestramento modesto. Posto que o electrodo eé continuo, as velocidades de soldado son maiores para a GMAW que para a SMAW. Tamén, o tamaño máis pequeno do arco, comparando os procesos de soldadura de arco metálico protexido, fan máis fácil facer as soldaduras forafóra da posición (exemplo, empalmes en alto, como sería soldando por debaixo dunha estructuraestrutura).

O equipo requerido para realizar o proceso de GMAW e máis complexo e custoso que o requerido para a SMAW, e requireprecisa undun procedimentoprocedemento máis complexo de disposición. Polo tanto, a GMAW eé menos portable e versátil, e debido oao uso dun gas de protección separado, non é particularmente axeitada para o traballo oao aire libre. SinNon embargoobstante, debido aá velocidade media máis alta na que as soldaduras poden ser rematadas, a GMAW é axeitada para a soldadura de producciónprodución. O proceso pode ser aplicado a unha ampla variedade de metais, tanto ferrosos como non ferrosos.17

Un proceso relacionado, a soldadura de arco de núcleo fundente (FCAW), emprega un equipo similar pero utiliza un arame que consiste en unnun electrodo de aceiro rodeando un material de recheo en polvopo. Este arame nucleado eé máis custososcustoso que o arame sólido estándar e pode xenerarxerar fumes e/ou escoria, pero permite incluso unha velocidade máis alta de soldadura e maior penetración do metal.18

A soldadura de arco, tungsteno e gas (GTAW), ou a soldadura de tungsteno e gas inerte (TIG) (tamén asás veces chamada erroneamente como soldadura heliarc), eé un proceso manual de soldadura que emprega un electrodo de tungsteno non consumible, unha mezclamestura de gas inerte o semi-inerte, e un material de recheo separado. Especialmente útil para soldar materiais finos, este método eé caracterizado por un arco estable e unha soldadura de alta calidade, pero require unha significativa habilidade do operador e soamente pode ser lograda ena velocidades relativamente baixas.

A GTAW pode ser empregada en casicase todos os metais soldables, aindaaínda eé aplicada máis a miudomiúdo a metais de aceiro inoxidable e lixeiros. Con frecuencia eé empregada cando son extremadamente importantes as soldaduras de calidade, por exemplosexemplo en bicicletas, avionsavións e aplicacións navais.19 Un proceso relacionado, a soldadura de arco de plasma, tamén emprega un electrodo de tungsteno pero emprega un gas de plasma para facer o arco. O arco eé máis concentrado que o arco da GTAW, facendo o control transversal máis crítico e así xeralmente restrinxindo a técnica a un proceso mecanizado. Debido aá suasúa corrente estable, o método pode ser empregado nunha gama máis ampla de materiais grosos que o proceso GTAW, e ademáis, eé moito máis rápido. podePoden ser aplicadoaplicados os mesmos materiais que a GTAW excepto o magnesio, a soldadura automatizada do aceiro inoxidable eé unha aplicación importante do proceso. unhaUnha variación do proceso eé o corte por plasma, un eficiente proceso de corte de aceiro.20

A soldadura de arco sumerxidosomerxido (SAW) eé un método de soldadura de alta productividadeprodutividade no que o arco pulsasese pulsa baixo unha capa de cuberta de fluxo. EstoIsto aumenta a calidade do arco, posto que os contaminantes na atmósferaatmosfera son bloqueados polo fluxo. A escoria que forma a soldadura xeralmente sae por sísi mesma, e combinada con oco uso dunha alimentación de arame continua, a velocidade de deposición da soldadura eé alta. As condicions de traballo están moi melloradas sobre outros procesos de soldadura de arco, posto que o fluxo oculta o arco e casicase nonon se produce ningún fume. O proceso eé empregado comúnmentecomunmente na industria, especialmente para productosprodutos grandes e na fabricación dos recipientes de presión soldados.21 Outros procesos de soldadura de arco inclueinclúe a soldadura de hidróxeno atómico, a soldadura de arco de carbono, a soldadura de electroescoria, a soldadura por electrogaselectrogás, e a soldadura de arco de perno.

Soldadura por resistencia. A soldadura por puntos eé un popular método de soldadura por resistencia empregado para xuntar follas de metal solapadas de ata 3 mm. de groso. Dous electrodos son empregados simultáneamentesimultaneamente para suxetarsuxeitar as follas de metal xuntas e para pasar corrente a través das follas. As ventaxasvantaxes do método inclueninclúen o uso eficiente da enerxía, limitada deformación da peza de traballo, altas velocidades de producciónprodución, fácil automatización, e o non requerimiento de materiais de recheo. A forza da soldadura eé perceptibelmenteperceptiblemente máis baixa que con outros métodos de soldadura, facendo o proceso soamente convinteconveniente para certas aplicacións . EÉ empregada extensivamente na industria de automóvilesautomóbiles - Os coches poden ter varios miles de puntos soldados feitos por robots industriais. Un proceso especializado, chamado soldadura de choque, pode ser empregada para os puntos de soldadura do aceiro inoxidable.

Os métodos de soldadura por raio de enerxía, chamados soldadura por raio láser e soldadura con raio de electronselectróns, son procesos relativamente novos que chegaron a ser absolutamente populares en aplicacións de alta producciónprodución. Os dous procesos son moi similares, diferenciándose máis notablemente na suasúa fonte de enerxía. A soldadura de raio láser emprega un raio láser altamente enfocado, mentrasmentres que a soldadura de raio de electronselectróns e feita nun vacío e emprega un feixe de electronselectróns. Ambas teñen unha moi alta densidaddensidade de enerxía, facendo posible a penetración de soldadura profunda e minimizando o tamaño doda área da soldadura. Ambos procesos son extremadamente rápidos, e son fáciles de automatizar, facéndosfacéndoos altamente productivosprodutivos. As desventaxasdesvantaxes primarias son moi altos custoscustes de equipo (aindaaínda éstosque estes están disminuindoadiminuír) e unha susceptibilidade oao agretamento. Os desarrollos nesta área inclueninclúen a soldadura de láser híbrido, que emprega os principios da soldadura de raio láser e da soldadura de arco para incluso mellores propiedades da soldadura.

O proceso máis común de soldadura a gas eaé a soldadura oxiacetilénica, tamén coñecida como soldadura autóxena o soldadura oxi-combustible. EÉ un dos máis vellos e máis versátiles procesos de soldadura, pero nos anos recientesrecentes chegou a ser menos popular en aplicacións industriais. TodavíaAínda eé empregada extensamente para soldar tuberías e tubos, como tamén para traballos de reparación. O equipo erelativamenteé relativamente barato e simple, xeralmente empregando a combustión do acetileno en oxíxenoosíxeno para producir unha temperatura da chama de soldadura de preto de 3100 °C. Posto que a chama eé menos concentrada que nun arco eléctrico, causa un enfriamento máis lento da soldadura, que pode conducir a maiores tensionstensións residuais e distorsión de soldadura, aindaaínda facilita a soldadura de aceiros de alta aleación. Un proceso similar, xeralmente chamado corte de oxicombustible, e empregado para cortar os metais.5 Outros métodos da soldadura a gas, tales como soldadura de acetileno e aire, soldadura de hidrógeno e oxíxenoosíxeno, e soldadura de gas a presión son moi similares, xeralmente diferenciándose solamentesoamente no tipo de gases empregado. Unha antorcha de auga aás veces eempregadaé empregada para a soldadura de precisión de artículos como joeería. A soldadura a gas tamén eempregada na soldadura de plástico, ainda a sustancia calentada eoaire, e as temperaturas son mucho máis bajas.