Soldadura: Diferenzas entre revisións

Contido eliminado Contido engadido
m arranxando
A última achega (moi extensa) é unha tradución/adaptación que perdeu as referencias, non ten formato, non ten ligazóns internas, non ten imaxes, ten ortografía defectuosa etc. Recupero edición anterior.
Liña 1:
{{En uso}}
[[Ficheiro:Principe general soudage.svg|miniatura|dereita|Principio xeral ds soldadura:
<li> Metal de base.</li>
Liña 6 ⟶ 5:
<li> Metal de achega.</li>
</ol>]]
A '''soldadura''' é un proceso fabril que consiste na unión de dous materiais (xeralmente [[Metal (material)|metais]] ou [[termoplástico]]s), usualmente logrado a través dun proceso de [[fusión (cambio de estado)|fusión]] no que as pezas se soldan derreténdose e agregando metal ou plástico derretido para conseguir unha pía que ó arrefriarse forma unha unión forte.
 
A '''soldadura''' é 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 pódense 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.
 
Ao se tratar frecuentemente dun proceso industrial, a soldadura pode ser feita en moitos ambientes diferentes, incluíndo o aire libre, debaixo da auga e no espazo. Sen importar a localización, cómpre ter en conta que a soldadura segue sendo perigosa, e débense tomar precaucións para evitar queimaduras, descargas eléctricas, fumes velenosos, e a sobreexposición á luz ultravioleta.
 
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 soldadura 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.
 
Dise que é un sistema porque interveñen os elementos propios deste, e dicir, as 5 M: man de obra, materiais, máquinas, medio ambiente e medios escritos (procedementos). A unión satisfactoria implica que debe pasar as probas mecánicas (tensión e dobrez). As técnicas son os diferentes procesos (SMAW, SAW, GTAW, etc.) empregados para a situación máis conveniente e favorable, o que fai que sexa o máis económico, sen deixar de lado a seguridade.
 
== Historia ==
 
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 producía 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 séculos 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 invencións 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 substituída 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 comezaron 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 aeroplanos alemáns foron construídas 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 especial 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 somerxido 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 electrogás.9
Outros desenvolvementos recentes na soldadura inclúen en 1958 o importante logro da soldadura con raio de electróns, facendo posible a soldadura profunda e estreita por medio da fonte de 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
 
== Procesos de soldadura ==
=== Soldadura eléctrica ===
Emprego da electricidade como fonte de enerxía para a unión metálica.
=== Soldadura por arco ===
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 é empregado tamén.
 
=== Soldeo brando e forte ===
O soldeo brando e forte é un proceso no que non se produce a fusión dos metais base, só únicamente do metal de aportación, sendo o primeiro proceso de soldeo empregado polo home, xa na antiga Sumeria.
• O soldeo brando dáse a temperaturas inferiores a 450 ºC.
• O soldeo forte dáse a temperaturas superiores a 450 ºC.
• O soldeo forte a altas temperaturas require temperaturas superiores a 900ºC.
 
==== Fontes de enerxía ====
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 mentres 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 ou 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 non 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, mentres 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 é o feito de que o arco debe ser reencendido despois de cada paso por cero. Isto tratou de solucionarse 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, minimizando deste xeito os efectos do problema.14
 
==== Procesos ====
=== Soldadura por arco de metal protexido. ===
 
Un dos tipos máis comúns da soldadura de arco é a soldadura manual con electrodo revestido (SMAW, Shielded Metal Arc Welding), que tamén é coñecida como soldadura manual de arco metálico (MMA) ou soldadura de electrodo. A corrente eléctrica emprégase para crear un arco entre o material base e a variña de electrodo consumible, que é de aceiro e está cuberto cun fundente que protexe a área da soldadura contra a oxidación e a contaminación por medio da produción do gas CO2 durante o proceso da soldadura. O núcleo en si mesmo do electrodo actúa como material de recheo, facendo innecesario un material de recheo adicional.
O proceso é versátil e pode realizarse cun equipo relativamente barato, facéndoo axeitado para traballos de taller e traballos de campo.15 Un operador pode facerse razoablemente competente cunha modesta práctica e adestramento e pode acadar a mestría con experiencia. Os tempos de soldadura son algo lentos, posto que os electrodos consumibles deben ser substituídos con frecuencia e porque a escoria, o residuo do fundente, debe ser retirada despois de soldar.16 Ademais, o proceso é 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 ou polas súas siglas en inglés MIG (Metal inert gas), é un proceso semiautomático ou automático que emprega unha alimentación continua de arame como electrodo e unha mestura de gas inerte ou semi-inerte para protexer a soldadura contra a contaminación. Como coa SMAW, a habilidade razoable do operador pode ser acadada con adestramento modesto. Posto que o electrodo é 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 fóra da posición (exemplo, empalmes en alto, como sería soldando por debaixo dunha estrutura).
O equipo requerido para realizar o proceso de GMAW é máis complexo e custoso que o requerido para a SMAW, e precisa dun procedemento máis complexo de disposición. Polo tanto, a GMAW é menos portable e versátil, e debido ao uso dun gas de protección separado, non é particularmente axeitada para o traballo ao aire libre. Non obstante, debido á velocidade media máis alta na que as soldaduras poden ser rematadas, a GMAW é axeitada para a soldadura de produción. 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 nun electrodo de aceiro rodeando un material de recheo en po. Este arame nucleado é máis custoso que o arame sólido estándar e pode xerar 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 ás veces chamada erroneamente como soldadura heliarc), é un proceso manual de soldadura que emprega un electrodo de tungsteno non consumible, unha mestura de gas inerte o semi-inerte, e un material de recheo separado. Especialmente útil para soldar materiais finos, este método é caracterizado por un arco estable e unha soldadura de alta calidade, pero require unha significativa habilidade do operador e soamente pode ser lograda a velocidades relativamente baixas.
A GTAW pode ser empregada en case todos os metais soldables, aínda é aplicada máis a miúdo a metais de aceiro inoxidable e lixeiros. Con frecuencia é empregada cando son extremadamente importantes as soldaduras de calidade, por exemplo en bicicletas, avións 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 é máis concentrado que o arco da GTAW, facendo o control transversal máis crítico polo que, xeralmente, esta técnica fica restrinxida a un proceso mecanizado. Debido á súa corrente estable, o método pode ser empregado nunha gama máis ampla de materiais grosos que o proceso GTAW, e ademáis, é moito máis rápido. Poden ser aplicados os mesmos materiais que a GTAW excepto o magnesio. A soldadura automatizada do aceiro inoxidable é unha aplicación importante do proceso. Unha variación do proceso é o corte por plasma, un eficiente procedemento de corte de aceiro.20
A soldadura de arco somerxido (SAW) é un método de soldadura de alta produtividade no que o arco se pulsa baixo unha capa de cuberta de fluxo. Isto aumenta a calidade do arco, posto que os contaminantes na atmosfera son bloqueados polo fluxo. A escoria que forma a soldadura xeralmente sae por si mesma, e combinada co uso dunha alimentación de arame continua, a velocidade de deposición da soldadura é alta. As condicións de traballo están moi melloradas sobre outros procesos de soldadura de arco, posto que o fluxo oculta o arco e case non se produce ningún fume. O proceso é empregado comunmente na industria, especialmente para produtos grandes e na fabricación dos recipientes de presión soldados.21 Outros procesos de soldadura de arco inclúen a soldadura de hidróxeno atómico, a soldadura de arco de carbono, a soldadura de electroescoria, a soldadura por electrogás, e a soldadura de arco de perno.
Soldadura por resistencia. A soldadura por puntos é un popular método de soldadura por resistencia empregado para xuntar follas de metal solapadas de ata 3 mm. de groso. Dous electrodos son empregados simultaneamente para suxeitar as follas de metal xuntas e para pasar corrente a través das follas. As vantaxes do método inclúen o uso eficiente da enerxía, limitada deformación da peza de traballo, altas velocidades de produción, fácil automatización, e o non requerimiento de materiais de recheo. A forza da soldadura é perceptiblemente máis baixa que con outros métodos de soldadura, facendo o proceso soamente conveniente para certas aplicacións. É empregada extensivamente na industria de automóbiles - 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 electróns, son procesos relativamente novos que chegaron a ser absolutamente populares en aplicacións de alta produción. Os dous procesos son moi similares, diferenciándose máis notablemente na súa fonte de enerxía. A soldadura de raio láser emprega un raio láser altamente enfocado, mentres que a soldadura de raio de electróns é feita nun vacío e emprega un feixe de electróns. Ambas teñen unha moi alta densidade de enerxía, facendo posible a penetración de soldadura profunda e minimizando o tamaño da área da soldadura. Ambos procesos son extremadamente rápidos, e son fáciles de automatizar, facéndoos altamente produtivos. As desvantaxes primarias son os moi altos custos de equipo (aínda que estes están a diminuír) e unha susceptibilidade ao agretamento. Os desenvolvementos nesta área inclúen a soldadura de láser híbrido, que emprega os principios da soldadura de raio láser e da soldadura de arco para mellorar incluso as propiedades da soldadura.
=== Soldadura a gas ===
Soldadura a gas dunha armadura de aceiro empregando o proceso de oxiacetileno.
 
O proceso máis común de soldadura a gas é a soldadura oxiacetilénica, tamén coñecida como soldadura autóxena o soldadura oxi-combustible. É un dos máis vellos e máis versátiles procesos de soldadura, pero nos anos recentes chegou a ser menos popular en aplicacións industriais. Aínda é empregada extensamente para soldar tuberías e tubos, como tamén para traballos de reparación. O equipo é relativamente barato e simple, xeralmente empregando a combustión do acetileno en osíxeno para producir unha temperatura da chama de soldadura de preto de 3100 °C. Posto que a chama é menos concentrada que nun arco eléctrico, causa un enfriamento máis lento da soldadura, que pode conducir a maiores tensións residuais e distorsión de soldadura, aínda que facilita a soldadura de aceiros de alta aleación. Un proceso similar, xeralmente chamado corte de oxicombustible, é empregado para cortar os metais.5 Outros métodos da soldadura a gas, tales como soldadura de acetileno e aire, soldadura de hidróxeno e osíxeno, e soldadura de gas a presión son moi similares, xeralmente diferenciándose soamente no tipo de gases empregado. Unha antorcha de auga ás veces é empregada para a soldadura de precisión de artículos como xoiaría. A soldadura a gas tamén é empregada na soldadura de plástico, aínda que a substancia quentada é o aire, e as temperaturas son moito máis baixas.
 
Soldadura por resistencia
 
A soldadura por resistencia implica a xeración de calor pasando corrente a través da resistencia empregada polo contacto entre duas ou máis superficies de metal. Fórmanse pequenos pucharcas de metal fundido na área de soldadura a medida que a elevada corrente (1.000 a 100.000 A) pasa a través do metal. En xeral, os métodos da soldadura por resistencia son eficientes e cuasan pouca contaminación, pero as suas aplicacións son algo limitadas e o custo do equipo pode ser alto.
=== Soldador de punto. ===
 
A soldadura por puntos é un popular método de soldadura por resistencia empregado para xuntar follas de metal solapadas de ata 3 mm de groso. Dous electrodos son empregados simultáneamente para suxeitar as follas de metal xuntas e para pasar corrente a través das follas. As vantaxes do método inclúen o uso eficiente da enerxía, limitada deformación da peza de traballo, altas velocidades de produción, fácil automatización, e non requerimento de materiais de recheo. A forza da soldadura é perceptiblemente máis baixa que con outros métodos de soldadura, facendo o proceso soamente acaído para certas aplicacións. É empregada extensivamente na industria de automóviles -- Os coches ordinarios pode 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.
Como a soldadura de punto, a soldadura de costura confía en dous electrodos para aplicar a presión e a corrente para xuntar follas de metal. Porén, en vez de electrodos de punto, os electrodos con forma de roda, rodan ao longo e a miúdo alimentan a peza de traballo, facendo posible as soldaduras continuas longas. No pasado, este proceso foi empregado na fabricación de latas de bebidas, pero agora os seus usos son máis limitados. Outros métodos de soldadura por resistencia inclúen a soldadura de escintileo, a soldadura de proxección, e a soldadura de volcado.22
 
=== Soldadura por raio de enerxía ===
Os métodos de soldadura por raio de enerxía, chamados soldadura por raio láser e soldadura con raio de electróns, son procesos relativamente novos que chegaron a ser absolutamente populares en aplicacións de alta produción. Os dous procesos son moi similares, diferenciándose máis notablemente na súa fonte de enerxía. A soldadura de raio láser emprega un raio láser altamente enfocado, mentres que a soldadura de raio de electróns é feita no baleiro e emprega un feixe de electróns. Ambas teñen unha moi alta densidade de enerxía, facendo posible a penetración de soldadura profunda e minimizando o tamaño da área da soldadura. Ambos procesos son extremadamente rápidos, e son sinxelos de automatizar, facéndoos altamente produtivos. As desvantaxes primarias son o moi altos custos de equipo (aínda que están a diminuír) e unha susceptibilidade, o agretamento. O desenvolvemento nesta área inclúe a soldadura de láser híbrido, que emprega os principios da soldadura de raio láser e da soldadura de arco para incluso mellorar as propiedades da soldadura.23
 
=== Soldadura de estado sólido ===
Como o primeiro proceso de soldadura, a soldadura de fragua, algúns métodos modernos de soldadura non implican derretemento dos materiais que son xuntados. Un dos máis populares, a soldadura ultrasónica, é empregada para conectar follas ou arames finos feitos de metal ou termoplásticos, facendoos vibrar en alta frecuencia e baixo alta presión. O equipo e os métodos implicados son similares aos da soldadura por resistencia, pero en vez de corrente eléctrica, a vibración proporciona a fonte de enerxía. Soldar metais con este proceso non implica o derretemento dos materiais; no seu lugar, a soldadura fórmase introducindo vibracións mecánicas horizontalmente baixo presión. Cando se están soldando plásticos, os materiais deben ter similares temperaturas de fusión, e as vibraciones son introducidas verticalmente. A soldadura ultrasónica emprégase comúnmente para facer conexións eléctricas de aluminio ou cobre, e tamén é un proceso moi común na soldadura de polímeros.
Outro proceso común, a soldadura explosiva, implica xuntar materiais empuxándoos xuntos baixo una presión extremadamente alta. A enerxía do impacto plastifica os materiais, formando unha soldadura, aínda que soamente unha limitada cantidade de calor sexa xerada. O proceso é empregado comunmente para materiais diferentes de soldadura, tales como a soldadura do aluminio con aceiro en cascos de naves ou placas compostas. Outros procesos de soldadura de estado sólido inclúen a soldadura de coextrusión, a soldadura en frío, a soldadura de difusión, a soldadura por fricción (incluíndo a soldadura por fricción-axitación en inglés Friction Stir Welding), a soldadura por alta frecuencia, a soldadura por presión quente, a soldadura por indución, e a soldadura de rodete.24
== Xeometría ==
Tipos comúnns de xuntas de soldadura
(1) A xunta de extremo cadrado
(2) Xunta de preparación solo-V
(3) Xunta de respaldo o traslape
(4) Xunta-T.
 
As soldaduras poden ser preparadas xeometricamente de moitas maneiras diferentes. Os cinco tipos básicos de xuntas de soldadura son a xunta de extremo, a xunta de respaldo, a xunta de esquina, a xunta de borde, e a xunta-T. Existen outras variacións, como por exemplo a preparación de xuntas dobre-V, caracterizadas polas dúas pezas de material na que en cada unha se afía un só punto central na metade da súa altura. A preparación de xuntas só-U e dobre-U son tamén bastante comúns —en lugar de teren bordes rectos como a preparación de xuntas só-V e dobre-V, elas son curvadas, tendo a forma dunha U. As xuntas de respaldo tamén son comúns en dúas pezas grosas —dependendo do proceso empregado e do grosor do material, moitas pezas poden ser soldadas xuntas nunha xeometría de xunta de respaldo.25
A miúdo, certos procesos da soldadura empregan exclusivamente ou case exclusivamente deseños de xunta particulares. Como exemplos: a soldadura de punto de resistencia, a soldadura de raio láser, e a soldadura de raio de electróns que son feitas máis frecuentemente con xuntas de respaldo. Non obstante, algúns métodos de soldadura, como a soldadura por arco de metal protexido, son extremadamente versátiles e poden soldar virtualmente calquera tipo de xunta. A maiores, algúns procesos poden ser empregados para facer soldaduras multipasos, nas que se permite enfriar unha soldadura, e entón outra soldadura é realizada enriba da primera. Isto permite, por exemplo, a soldadura de seccións grosas dispostas nunha preparación de xunta só-V.26
A sección cruzada dunha xunta de extremo soldado, co gris máis escuro representando a zona da soldadura ou a fusión, o gris medio a zona afectada pola calor ZAT, e o gris máis claro o material base.
 
Despois de soldar, un número de distintas rexións poden ser identificadas na área da soldadura. A soldadura en si mesma, e a chamada a zona de fusión —máis específicamente, ésta e onde o metal de recheo foi depositado durante o proceso da soldadura. As propiedades da zona de fusión dependen fundamentalmente do metal de recheo empregado, a súa compatibilidade cos materiais base. E rodeada pola zona afectada da calor, A área que tivo a súa microestrutura e propiedades alteradas pola soldadura. Estas propiedades dependen do comportamento do material base cando está suxeito á calor. O metal nesta área é con frecuencia máis débil que o material base e a zona de fusión, e tamén onde son atopadas as tensións residuais.27
 
== Calidade ==
Moi a miudo, a medida principal empregada para xulgar a calidade dunha soldadura é a súa fortaleza e a fortaleza do material arredor dela. Moitos factores distintos inflúen nisto, incluíndo o método de soldadura, a cantidade e a concentración da entrada de calor, o material base, o material de recheo, o material fundente, o deseño do empalme, e as interacións entre todos estes factores. Para probar a calidade dunha soldadura empréganse tanto ensaios non destrutivos como ensaios destrutivos, para verificar que as soldaduras están libres de defectos, teñen niveis aceptables de tensións e distorsión residuais, e teñen propiedades aceptables da zona afectada pola calor (FEIXE). Existen códigos e especificacions da soldadura para guiar os soldadores en técnicas axeitadas de soldadura e como xulgar a calidade destas.
 
=== Zona afectada termicamente ===
A área azul resulta da oxidación nunha temperatura correspondente a 316 °C. Isto é unha maneira precisa de identificar a temperatura, pero non representa o ancho da zona afectada termicamente (ZAT). A ZAT é a área estreita que inmediatamente rodea o metal base soldado.
 
Os efectos de soldar poden ser perxudiciais no material que rodea a soldadura. Dependendo dos materiais empregados a produción de calor no proceso de soldadura empregado, a zona afectada termicamente (ZAT) pode variar en tamaño e fortaleza. A difusividade térmica do material base é moi importante - se a difusividade é alta, a velocidade de enfriamiento do material é alta e a ZAT é relativamente pequena. Inversamente, unha difusividade baixa conduce a un enfriamento máis lento e a unha ZAT máis grande. A cantidade de calor creada polo proceso de soldadura tamén desempeña un papel importante, pois os procesos como a soldadura oxiacetilénica téñena moi concentrada e aumentan o tamaño da zona afectada. Os procesos como a soldadura por raio láser teñen unha cantidade altamente concentrada e limitada de calor, resultando unha ZAT pequena. A soldadura de arco cae entre estes dous extremos, cos procesos individuais variando algo na entrada de calor.28 29 Para calcular a calor para os procedementos de soldadura de arco, pode ser empregada a seguinte fórmula:
onde
• Q = entrada de calor (kJ/mm),
• V = voltaxe (V),
• I = corrente (A), e
• S = velocidade da soldadura (mm/min)
 
O rendemento depende do proceso de soldadura empregado, coa soldadura de arco de metal revestido tendo un valor de 0,75 a soldadura por arco metálico con gas, a soldadura de arco somerxido 0,9, e a soldadura de arco de gas tungsteno 0,8.30
 
=== Distorsión e agretamento ===
Os métodos de soldadura que implican derreter o metal no sitio do empalme ou unión son necesariamente propensos á contracción a medida que o metal quentado se enfría. Á súa vez, a contracción pode introducir tensións residuais e distorsión tanto lonxitudinal como rotatoria. A distorsión pode plantear un problema importante, posto que o produto final no ten a forma desexada. Para aliviar a distorsión rotatoria, as pezas de traballo poden ser compensadas, de xeito que a soldadura dea lugar a unha peza correctamente formada.31 Outros métodos de limitar a distorsión, como afianzar no lugar as pezas de traballo con abrazadeiras, causa a acumulación da tensión residual na zona afectada termicamente do material base. Estas tensións poden reducir a forza do material base, e poden conducir a un fallo catastrófico por agretamento frío, como no caso de varias das naves Liberty. O agretamento en frío está limitado aos aceiros, e está asociado á formación da martensita mentres que a soldadura se enfría. O agretamento ocorre na zona afectada termicamente do material base. Para reducir a cantidade de distorsión e estrés residual, a cantidade de entrada de calor debe ser limitada, e a secuencia de soldadura empregada non debe ser dun extremo directamente ao outro, senón en tramos. Outro tipo de agretamento, o agretamento en quente ou agretamento de solidificación, pode ocorrer en todos os metais, e sucede na zona de fusión da soldadura. Para diminuír a probabilidade deste tipo de agretamento, debe ser evitado o exceso de material restrinxido, e debe ser empregado un material de recheo apropiado.32
 
=== Soldabilidade ===
A calidade dunha soldadura tamén depende da combinación dos materiais empregados para o material base e o material de recheo. Non todos os metais son axeitados para a soldadura, e non todos os metais de recheo traballan ben con materiais base aceptables.
 
==== Aceiros ====
A soldabilidade de aceiros é inversamente proporcional a unha propiedade coñecida como a templabilidade do aceiro, que mida probabilidade de formar a martensita durante o tratamento da soldadura ou calor. A templabilidade do aceiro depende da súa composición química, con maiores cantidades de carbono e doutros elementos de aleación resultando en maior templabildade e polo tanto unha soldabilidade menor. Para poder xulgar as aleacións compostas de moitos materiais distintos, emprégase unha medida coñecida como o contido equivalente de carbono para comparar as soldabilidadees relativas de diferentes aleacións comparando as súas propiedades a un aceiro o carbono simple. O efecto sobre a soldabilidade de elementos como o cromo e o vanadio, mentres que non é tan grande como a do carbono, e por exemplo máis significativa que a do cobre e o níquel. A medida que se eleva o contido equivalente de carbono, a soldabilidade da aleación decrece.33 A desvantaxe de empregar simple carbono e os aceiros de baixa aleación é a súa menor resistencia - hai unha compensación entre a resistencia do material e a soldabilidade. Os aceiros de alta resistencia e baixa aleación foron desenvoltos especialmente para os usos na soldadura durante os anos 1970, e estes materiais, xeralmente doados de soldar teñen boa resistencia, facéndoos ideais para moitas aplicacións de soldadura.34
Debido ao seu alto contido de cromo, os aceiros inoxidables tenden a comportarse dun xeito diferente a outros aceiros con respecto á soldabilidade. Os graos austeníticos dos aceiros inoxidables tenden a ser máis soldables, pero son especialmente susceptibles á distorsión debido ao seu alto coeficiente de expansión térmica. Algunhas aleacións deste tipo son propensas a agretarse e tamén a ter unha reducida resistencia á corrosión. Se non está controlada a cantidade de ferrita na soldadura é posible o agretamento quente. Para aliviar o problema, emprégase un electrodo que deposita un metal na soldadura que contén unha cantidade pequena de ferrita. Outros tipos de aceiros inoxidables, tales como os aceiros inoxidables ferríticos e martensíticos, no son fácilmente soldables, e a miúdo deben ser prequecidos e soldados con electrodos especiais.35
==== Aluminio ====
A soldabilidade das aleacions de aluminio varía significativamente dependendo da composición química da aleación empregada. As aleacions de aluminio son susceptibles ao agretamento quente, e para combater o problema os soldadores aumentan a velocidade da soldadura para reducir o aporte de calor. O prequecemento reduce o gradiente de temperatura a través da zona da soldadura e polo tanto axuda a reducir o agretamento quente, pero pode reducir as características mecánicas do material base e non debe ser empregado cando o material base está restrinxido. O deseño da unión tamén pode cambiarse, e pode seleccionarse unha aleación de recheo máis compatible para diminuír a probabilidade do agretamento quente. As aleacions de aluminio tamén deben ser limpadas antes da soldadura, co obxeto de quitar todos os óxidos, aceites, e partículas soltas da superficie a ser soldada. Isto é especialmente importante debido á susceptibilidade dunha soldadura de aluminio e a porosidade debido ao hidróxeno e a escoria debido o osíxeno.36
 
Condicións inusuais
== Soldadura subacuática. ==
 
Aínda que moitas aplicacións da soldadura lévanse a cabo en ambientes controlados como fábricas e talleres de reparacións, algúns procesos de soldadura empréganse con frecuencia nunha ampla variedade de condicións, como ao aire libre, baixo a auga e en baleiro (como no espazo). O emprego ao aire libre, tales como na construción e a reparación en exteriores, a soldadura de arco de metal protexido é o proceso máis común. Os procesos que empregan gases inertes para protexer a soldadura non poden empregarse fácilmente en tales situacións, porque os movementos atmosféricos impredecibles poden dar lugar a unha soldadura fallida. A soldadura de arco de metal protexido a miúdo tamén empregada na soldadura subacuática na construcción e a reparación de naves, plataformas costa afora, e tuberías, pero tamén outras son comuns, tales como a soldadura de arco con núcleo de fundente e soldadura de arco de tungsteno e gas. É tamén posible soldar no espazo. Foi tentado por primera vez en 1969 por cosmonautas rusos, cando realizaron experimentos para probar a soldadura de arco de metal protexido, a soldadura de arco de plasma, e a soldadura de feixe de electróns nun ambiente despresurizado. Fixéronse probas a maiores destes métodos nas seguintes décadas, e hoxe en día os investigadores continúan a desenvolver métodos para empregar outros procesos de soldadura no espazo, como a soldadura de raio láser, soldadura por resistencia e soldadura por fricción. Os avances nestes eidos poderían probar ser indispensables para proxectos como a construción da Estación Espacial Internacional, que probablemente utilizará profusamente a soldadura para unir no espazo as partes manufacturadas na Terra.37
Seguridade
A soldadura sen as precauciones axeitadas pode ser unha práctica perigosa e daniña para a saúde. Porén, co uso das novas tecnoloxías e a protección axeitada, os riscos de lesión ou morte asociados á soldadura poden ser practicamente eliminados. O risco de queimaduras ou electrocución é significativo debido a que moitos procedementos comúns de soldadura implican un arco eléctrico ou chama abertos. Para previlas, as persoas que soldan deben empregar roupa de protección, como calzado homologado, luvas de coiro groso e chaquetas protectoras de mangas longas para evitaren a exposición ás faíscas, á calor e ás posibles chamas. Ademais, a exposición ao brillo da área da soldadura produce unha lesión chamada ollo de arco (queratite) por efecto da luz ultravioleta que inflama a córnea e pode queimar as retinas. As gafas protectoras e os cascos e caretas de soldar con filtros de cristal escuro empréganse para previr esta exposición, e últimos anos comercialízanse novos modelos de cascos nos que o filtro de cristal é transparente e permite ver a área de traballo cando non hai radiación UV, pero autooscurécese en canto se produce ou se inicia a soldadura. Para protexer os espectadores e persoal próximo, a lei de seguridade no traballo esixe empregar mamparas ou cortinas translúcidas que rodeen a área de soldadura. Estas cortinas, feitas dunha película plástica de cloruro de polivinilo protexen os traballadores cercanos da exposición á luz UV do arco eléctrico, pero non deben ser empregadas para reemprazar o filtro de cristal usado nos cascos e caretas do soldador.38
A miudo, os soldadores tamén se expoñen a gases perigosos e ás partículas finas suspendidas no aire. Os procesos como a soldadura por arco de núcleo fundente e a soldadura por arco metálico protexido producen fume que contén partículas de varios tipos de óxidos, que nalgúns casos poden producir cadros médicos como a chamada febre do vapor metálico. O tamaño das partículas en cuestión inflúe na toxicidade dos vapores, pois as partículas máis pequenas presentan un perigo maior. Además, moitos procesos producen vapores e varios gases, comunmente dióxido de carbono, ozono e metais pesados, que poden ser perigosos sen a ventilación e a protección axeitadas. Para este tipo de traballos, adóitase levar mascarilla para partículas de clasificación FFP3, ou ben mascarilla para soldadura. Debido ao emprego de gases comprimidos e chamas, en moitos procesos de soldadura preséntase un risco de explosión e lume. Algunhas precaucións comúns inclúen a limitación da cantidade de oxíxeno no aire e manter os materiais combustibles afastados do lugar de traballo.38
== Custos e tendencias ==
Como un proceso industrial, o coste da soldadura xoga un papel crucial nas decisions da producción. Moitas variables diferentes afectan o custo total, incluindo o custo do equipo, o custo da man de obra, o custo do material, e o custo da enerxía eléctrica. Dependendo do proceso, o custo do equipo pode variar, dende barato para métodos como a soldadura de arco de metal protexido e a soldadura de oxicombustible, a extremadamente custosos para métodos como a soldadura de raio láser e a soldadura de feixe de electrons. Debido a seu alto costo, éstas son soamente empregadas en operacions de alta producción. Similarmente, debido a que a automatización e os robots aumentan os custos do equipo, soamente son implementados cando e necesaria a alta producción. O custo da man de obra depende da velocidade de deposición (a velocidade de soldadura), do salario por hora e do tiempo total de operación, incluindo otiempo de soldar e do manejo da peza. Ocostodos materiais inclue ocusto do material base e de recheo e ocostodos gases de protección. Finalmente, ocusto da enerxía depende do tiempo do arco e a consumo de enerxía da soldadura.
Para os métodos manuais de soldadura, os custos de traballo xeralmente son a vasta maioría do custo total. Como resultado, moitas medidas de ahorro de custo se enfocan na reducciónomínimo do tiempo de operación. Para facer esto, poden seleccionarse procedimientos de soldadura con altas velocidades de deposición e os parámetros de soldadura poden ajustarse para aumentar a velocidade da soldadura. A mecanización e a automatización son frecuentemente implementadas para reducir os custos de traballo, pero a miudo ésta aumenta o custo de equipo e crea tempo adicional de disposición. Os custos dos materiais tenden a incrementarse cando son necesarias propiedades especiales e os custos da enerxía normalmente no suman máis que unha porcentaxe do custo total da soldadura.39
En anos recentes, para reducir o mínimo os custos de traballo na manufactura de alta producción, a soldadura industrial volveuse cada vez máis automatizada, sobre todo con o emprego de robots na soldadura de punto de resistencia (especialmente na industria do automóvil) e na soldadura de arco. Na soldadura robotizada, un dos dispositivos mecánicos sosten o material e realizan a soldadura,40 o principio, a soldadura de punto foi seu emprego máis común. Pero a soldadura de arco robótica foi incrementando a sua popularidade a medida que a tecnoloxía foi avanzando. Outras áreas clave de investigación e desenvolvemento incluen a soldadura de materiais distintos (como por exemplos, aceiro e aluminio) e os novos procesos de soldadura. Ademáis, desexase progresar nos métodos especializados como a soldadura de raio láser sexan prácticos para máis aplicacións, por exemplos nas industrias aeroespaciales e do automóvil. Os investigadores tamén teñen a esperanza de entender mellor as frecuentes propiedades impredecibles das soldaduras, especialmente a microestructura, as tensions residuais e a tendencia dunha soldadura a agretarse ou deformarse.41
Especificacions de soldadura
• American Societe of Mechanical Engineers - Boiler and Pressure VessoCode - Section IX
• American Welding Societe – Structural Welding Code
• American Welding Societe – Bridge Welding Code
 
Véxase tamén
• Soldador eléctrico
• Inspección por líquidos penetrantes
• Electrodo
• Tratamento térmico
• Tensión mecánica
• Outras técnica de unión: adhesivo, aparafusado, remachado
 
Referencias
 
 
Bibliografía
• ASM International (2003). Trends in Welding Research. Materials Park, Ohio: ASM International. ISBN 0-87170-780-2
• Blunt, Jane and NigoC. Balchin (2002). Health and Safete in Welding and Allied Processes. Cambridge: Woodhead. ISBN 1-85573-538-5.
• Care, Howard B. and Scott C. Helzer (2005). Modern Welding Technologe. Upper Saddle River, Nueva Jersee: Pearson Education. ISBN 0-13-113029-3.
• Hicks, John (1999). Welded Joint Design. Nueva Eork: Industrial Press. ISBN 0-8311-3130-6.
• Kalpakjian, Serope and Steven R. Schmid (2001). Manufacturing Engineering and Technologe. Prentice Hall. ISBN 0-201-36131-0.
• Lincoln Electric (1994). The Procedure Handbook of Arc Welding. Cleveland: Lincoln Electric. ISBN 99949-25-82-2.
• Weman, Klas (2003). Welding processes handbook. Nueva Eork: CRC Press LLC. ISBN 0-8493-1773-8.
 
 
 
 
 
[[Categoría:Tecnoloxía]]