Tema 32 – Soldadura en atmósfera natural. Tipos: eléctrica, oxigás y oxicorte. Procedimientos operativos. Fundentes. Imperfecciones. Riesgos más frecuentes, y medidas que se deben adoptar.

Índice

1. Introducción.

2. Soldadura en atmósfera natural.

3. Tipos de soldadura.

3.1 Soldadura eléctrica por arco.

3.2 Soldadura eléctrica por resistencia.

3.3 Oxigas.

3.4 Oxicorte.

4. Procedimientos operativos.

4.1 Procedimientos de soldadura por arco.

4.1.1 Soldadura por arco con electrodos de carbón.

4.1.2 Soldadura por arco con electrodos metálicos.

4.1.3 Clases de electrodos para soldadura por arco.

4.1.4 Electrodos normalizados para soldadura de aceros al carbono.

4.1.5 Equipos de soldadura manual por arco.

4.1.6 Práctica de la soldadura por arco.

4.2 Procedimientos de soldadura eléctrica por resistencia.

4.2.1 Soldadura eléctrica por puntos.

4.2.2 Soldadura eléctrica por costura.

4.2.3 Soldadura eléctrica a tope.

4.3 Procedimientos de la soldadura oxiacetilénica.

4.3.1 Equipos.

4.3.2 La llama oxiacetilénica.

4.3.3 Métodos de soldadura.

4.3.4 Preparación de las piezas a soldar.

4.4 Procedimientos del oxicorte.

5. Fundentes.

6. Imperfecciones.

7. Riesgos más frecuentes y medidas que se deben adoptar.

1. INTRODUCCIÓN

En este tema trataremos la soldadura en atmósfera natural. Expondremos los diferentes tipos, en particular, la soldadura eléctrica, oxidas y el oxicorte. A continuación seguiremos con los procedimientos operativos y finalmente haremos mención a los riesgos más frecuentes y a las medidas que se deben adoptar.

Para la elaboración del tema se han utilizado principalmente las aportaciones realizadas por José Mª Lasheras.

2. SOLDADURA EN ATMÓSFERA NATURAL

Soldar es unir sólidamente dos piezas metálicas o dos partes de una misma pieza. Esta unión se realiza siempre elevando la temperatura de las superficies a soldar, puestas en contacto, con o sin presión, sin aportación de ninguna sustancia o con aportación de una sustancia igual o semejante a las piezas soldadas y realizándose la soldadura en contacto con la atmósfera o en atmósfera protegida normalmente con la aportación de un gas que desplaza al aire. En resumen:

  1. Las superficies a unir se calientan y se ponen en contacto con o sin presión.
  2. Sin aportación de ninguna sustancia. Soldadura homogénea.
  3. Con aportación de alguna sustancia igual o semejante. Soldadura hetereogénea.
  4. Zona soldada en contacto con el aire. Soldadura en atmósfera natural.
  5. Zona soldada protegida por algún gas que desplaza al aire. Soldadura en atmósfera protegida.

Los tipos principales de soldadura en atmósfera natural son: eléctrica por arco, eléctrica por resistencia y oxigás. Cuando el oxigás se utiliza para cortar materiales se denomina oxicorte.

3. TIPOS DE SOLDADURA

3.1 Soldadura eléctrica por arco

La soldadura por arco se realiza utilizando el calor producido al saltar un arco eléctrico entre dos conductores de distinta polaridad denominados electrodos. Como la temperatura alcanzada por este procedimiento supera los 3.500º, se llega a fundir la zona de soldadura y, por tanto, puede considerarse este sistema como una verdadera soldadura por fusión.

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El arco eléctrico en que se funda la soldadura por arco se produce de la siguiente manera:

Cuando se ponen en contacto los polos opuestos de un generador o fuente de energía eléctrica se establece una corriente eléctrica de gran intensidad, y como las secciones de contacto de ambos polos es la de mayor resistencia eléctrica, se llega a poner incandescente si la fuente de energía suministra la intensidad necesaria. Además, y por efecto de la incandescencia, se ioniza la atmósfera que rodea la zona de contacto y, por tanto, prácticamente el aire se vuelve conductor. Así al separar los dos polos se mantiene el paso de la corriente eléctrica de uno a otro a través del aire, manteniéndose el arco perfectamente si la separación entre ambos polos está de acuerdo con la tensión, intensidad y sección de los conductores.

Se ha de advertir que el arco eléctrico no sólo salta entre dos polos opuestos de una fuente de corriente continua, sino también entre conductores de corriente alterna, en que la polaridad cambia constantemente, aunque siempre uno de los conductores es de polaridad opuesta al otro. En este caso, sin embargo, resulta más difícil el mantenimiento del arco.

3.2 Soldadura eléctrica por resistencia

Si se colocan las dos piezas metálicas que se pretende soldar juntas y apretadas por una mordaza formada por dos conductores aislados entre sí y se aplica a estos electrodos dos polos de una corriente eléctrica alterna o continua, se produce una corriente entre los puntos de contacto de los conductores con las piezas, a través de éstas que las calienta por el efecto Joule.

La sección que más se calienta del circuito es la que tiene mayor resistencia, y esta sección es precisamente la de contacto de las dos piezas. Por tanto, con una intensidad de corriente adecuada se puede lograr que esta sección de contacto se caliente hasta que el metal quede en estado plástico, sin que el resto de la masa de las piezas llegue a calentarse excesivamente, y como es en esa zona de contacto donde las piezas están unidas a presión, se produce la soldadura.

3.3 Oxigas

Se pueden emplear diferentes gases como hidrógeno, metano, butano, acetileno, etc para, mezclándolos con oxígeno, generar un foco de calor que nos sirva para calentar dos piezas a unir. Sin embargo, en este punto nos referiremos a la soldadura oxiacetilénica, ya que, es con este gas con el que se obtiene una mayor potencia calorífica al ser mezclado con oxígeno puro. Además, su obtención es relativamente económica por lo que se usa extensamente.

La soldadura oxiacetilénica se realiza calentando las superficies que se han de soldar puestas en contacto, por medio de la llama dirigida o dardo producida en un mechero especial denominado soplete, por la combustión de acetileno con oxígeno. La soldadura se puede hacer sin metal de aportación o autógena, o como es más frecuente, con metal de aportación.

El acetileno, descubierto por Davy en 1862 es un gas incoloro, de olor penetrante característico que arde en el aire con una llama luminosa.

3.4 Oxicorte

El oxicorte es un procedimiento de seccionamiento de los metales y aleaciones por la combustión del metal producida por la acción de un chorro de oxígeno sobre una delgada franja del material en la línea de corte.

Para que pueda realizarse el oxicorte deben cumplirse tres condiciones:

  1. La oxidación del metal debe ser suficientemente exotérmica para mantener la temperatura de corte.
  2. La temperatura de inflamación del metal debe ser inferior a la temperatura de fusión, para que se queme antes de fundirse.
  3. La temperatura de fusión del óxido debe ser superior a la temperatura de fusión del metal.

Estas condiciones sólo las cumplen perfectamente los aceros al carbono y algunos aleados. Sin embargo, mediante procedimientos especiales puede cortarse fundición de hierro, cobre, e incluso materiales no metálicos.

4. PROCEDIMIENTOS OPERATIVOS

4.1. Procedimientos de soldadura por arco

Los procedimientos de soldadura por arco se diferencian por la forma de producir el arco, que es la operación fundamental de esta clase de soldadura y se pueden clasificar en dos tipos principales:

1º Soldadura por arco con electrodos de carbón.

2º Soldadura por arco con electrodos metálicos.

4.1.1. Soldadura por arco con electrodos de carbón

Fue Zerener el primero que utilizó dos electrodos de carbón para producir un arco que por medio de un electroimán dirigía hacia la junta que se había de soldar para mejorar la aportación de calor. Este procedimiento permitía soldar sin aportación de material solamente por fusión de los bordes de la junta, o bien con aportación de material de una varilla cuya punta se introducía en la zona de soldadura. Actualmente este procedimiento ha caído por completo en desuso.

Posteriormente, Bernardos sustituyó uno de los electrodos de carbón por la pieza o piezas a soldar saltando, por tanto, el arco entre ésta y el otro electrodo de carbón. Este procedimiento, que constituyó una importante mejora sobre el anterior, fue empleado durante mucho tiempo, y todavía se utiliza en algunas máquinas de soldadura automática con corriente continua.

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4.1.2 Soldadura por arco con electrodos metálicos

La soldadura por el arco producido entre dos piezas metálicas, conectadas a los dos polos de una fuente de energía eléctrica, fue ya intentada por el físico Davy en 1813, en sus experimentos sobre acumuladores.

Fue, sin embargo, Slavianoff, en 1891 el que primero realizó soldaduras en forma similar a como se realiza actualmente, con una varilla metálica de metal de aportación como electrodo y la pieza actuando como masa. Las soldaduras eran bastante deficientes, pues se oxidaban con el oxígeno del aire.

Por fin, en 1908, Kjellberg utilizó electrodos recubiertos por primera vez, y aunque el revestimiento de cal no era completamente adecuado, mejoró mucho la soldadura. Posteriormente y como resultado de la aplicación de la soldadura eléctrica con arco en las construcciones industriales se han realizado enormes avances, principalmente en la investigación de los recubrimientos más apropiados para los electrodos, que cada día son más gruesos y completos.

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4.1.3 Clases de Electrodos para soldadura por arco

Los electrodos utilizados modernamente en la soldadura por arco están formados por una varilla metálica recubierta siempre por una capa uniforme de diversas sustancias. La calidad y aplicación de los electrodos dependerá, por tanto, de la clase de metal que forma la varilla y del tipo de recubrimiento que la revista. Atendiendo a cada uno de estos dos elementos pueden hacerse dos clasificaciones de los electrodos:

a) Según la varilla.

b) Según el recubrimiento.

Según la varilla

· Electrodos para soldadura de aceros suaves.

· Electrodos para soldadura de aceros de gran resistencia.

· Electrodos para recargues de gran dureza.

· Electrodos para soldadura de aceros inoxidables y resistentes a elevadas temperaturas.

· Electrodos para la soldadura de la fundición.

· Electrodos para la soldadura de metales no férreos.

Según el recubrimiento

· Electrodos con recubrimiento ácido.

· Electrodos con recubrimiento básico.

· Electrodos con recubrimiento oxidante.

· Electrodos con recubrimiento de rutilo.

· Electrodos con recubrimientos distintos de los anteriores.

4.1.4 Electrodos normalizados para soldadura de aceros al carbono

Actualmente se acepta por la mayoría de los fabricantes españoles la clasificación y simbolización de los electrodos para la soldadura de aceros al carbono propuestas por la norma UNE 14.003, que atienden a seis características:

1) La resistencia a la tracción.

2) El alargamiento del cordón obtenido en la soldadura.

3) La resiliencia del cordón obtenido en la soldadura.

4) El tipo de recubrimiento del electrodo.

5) La posición de la soldadura.

6) La clase de corriente y tensión que ha de utilizarse.

Ejemplo: E 2 3 1 A 2 2

Los fabricantes de electrodos designan sus productos con denominaciones particulares pero muchos de ellos lo acompañan del símbolo que le corresponde según la norma UNE 14.003.

4.1.5 Equipos de soldadura manual por arco

Los equipos de soldadura manual por arco están compuestos de los siguientes elementos:

a) Una máquina que suministra la corriente de soldadura.

b) Una pinza portaelectrodo unida a la máquina anterior por un cable aislado flexible.

c) Una mordaza de masa unida también por un cable aislado flexible a la máquina de soldar.

d) Guantes, pantalla y peto de cuero para protección del soldador.

4.1.6 Práctica de la soldadura por arco

La primera operación para la soldadura de dos piezas es la preparación de las superficies a soldar.

A continuación, y una vez las piezas en su posición correcta, se selecciona el electrodo más adecuado y el diámetro de éste de acuerdo con el espesor de las piezas a soldar.

La intensidad de soldadura está también en relación con el espesor de las piezas y el diámetro del electrodo y se ajusta con el sistema de regulación que lleve el aparato.

Una vez conectada ya la pieza a la pinza de masa, se ceba el arco mediante un ligero frotamiento del electrodo con la pieza y separándolo inmediatamente en cuanto se ponga incandescente su punta y manteniéndolo a una distancia de la pieza aproximadamente igual al diámetro del electrodo.

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4.2 Procedimientos de soldadura eléctrica por resistencia

Aunque fundamentalmente están basadas en el mismo principio, según la realización práctica se distingue tres clases de soldadura eléctrica por resistencia:

1. Soldadura por puntos: simples, múltiples y por protuberancias.

2. Soldadura por costura.

3. Soldadura a tope: a bordón y por ignición.

4.2.1 Soldadura eléctrica por puntos

La soldadura eléctrica por puntos se denomina así porque las piezas, generalmente chapas, quedan soldadas por pequeñas zonas circulares aisladas y espaciadas regularmente que por su relativa pequeñez, se denominan puntos.

La soldadura eléctrica por puntos se realiza con máquinas especialmente construidas para este fin, que constan de tres elementos principales:

1. Un transformador para reducir la tensión de la red a la de soldadura, que es inferior a 15 voltios. Este transformador va equipado con un sistema de regulación para variar la tensión de salida.

2. Dos brazos portaelectrodos, provistos de electrodos generalmente de cobre. Uno de los brazos, al menos, es desplazable.

3. Un mecanismo de accionamiento del brazo portaelectrodos desplazable, que además acciona el interruptor del circuito eléctrico en el momento oportuno.

La soldadura por puntos se realiza en tres fases: aproximación, soldadura y forjado.

La calidad de la soldadura eléctrica por puntos depende de tres factores principales:

a. Intensidad de la corriente de soldadura.

b. Tiempo de soldadura.

c. Presión entre los electrodos.

ELECTRODOS

Los electrodos son elementos fundamentales en la soldadura eléctrica por puntos y por esto deben elegirse y montarse con el mayor cuidado. Cada aplicación particular exige la optimización del electrodo en cuanto a su composición y dimensiones.

Su montaje en la máquina debe cuidarse especialmente, debiendo estar perfectamente alineados para no provocar desprendimiento de material.

Normalmente, en la práctica, se mantienen electrodos “listos para ser montados” para evitar paradas innecesarias o tiempos prolongados de mantenimiento.

APLICACIONES AVANZADAS

Actualmente la soldadura por puntos se ha aplicado masivamente en el ensamblaje de carrocerías y es realizado por robots a los que se les aplica la pinza de soldadura.

Otro sector relevante es el de componentes electrónicos. En las líneas de montaje de estos productos se aplican cabezales de soldadura en los cuales están controlados todos los parámetros que intervienen en la calidad de la soldadura. Si así se exige estas líneas se instalan en cabinas de atmósfera controlada.

4.2.2 Soldadura eléctrica por costura

La soldadura eléctrica por costura está basada en el mismo principio que la soldadura eléctrica por puntos. Se diferencian fundamentalmente en que en la soldadura por costura se sustituyen los electrodos de punta por dos discos, entre los cuales, y presionadas por el borde de éstos pasan las piezas a soldar.

La soldadura propiamente dicha puede realizarse por tres procedimientos:

1. Con movimiento continuo de avance de las piezas, y costura también continua.

2. Con movimiento continuo de avance de las piezas pero con costura interrumpida.

3. Con movimiento de avance y costura interrumpidos regularmente.

Las máquinas para soldadura por costura son muy parecidas a las máquinas de soldadura por puntos aunque generalmente son más potentes.

4.2.3 Soldadura eléctrica a tope

La soldadura a tope se realiza colocando las piezas a soldar en ligero contacto y haciendo pasar después por ellas la corriente eléctrica, hasta acumular en la junta el suficiente calor para que se produzca la soldadura.

Las máquinas empleadas están compuestas de los siguientes elementos:

a. Un transformador para reducir la tensión de la red a la de soldadura.

b. Dos mordazas, a cada una de las cuales se fija una de las piezas a soldar.

c. Un dispositivo para presionar una contra otra las piezas a soldar.

4.3 Procedimientos de la soldadura oxiacetilénica

4.3.1 Equipos

Hay dos clases principales de equipos para soldadura oxiacetilénica:

1. Los equipos con generador de acetileno y oxígeno embotellado.

2. Los equipos con acetileno y oxígeno embotellados.

Los equipos se componen de los siguientes elementos comunes:

a. Un soplete.

b. Botella de oxígeno.

c. Manorreductor para las botellas de oxígeno.

d. Tubos de goma o plástico para la canalización del acetileno y oxígeno.

Los equipos con generador de acetileno disponen del mismo y los que no tienen botella de acetileno y manorreductor para la botella de acetileno.

4.3.2 La llama oxiacetilénica

Se denomina llama la combustión de una substancia con el oxígeno puro o una mezcla que lo contenga, cuando en la combustión se ponen de manifiesto de un modo visible y sensible fenómenos de desarrollo de luz y calor.

En la llama se pueden distinguir las siguientes zonas:

  1. Zona de mezcla, donde se mezclan los gases combustibles con el oxígeno.
  2. Zona de elevación de temperatura o dardo, que es generalmente de color verde, donde la mezcla se calienta hasta la temperatura de inflamación, pero sin llegar a arder.
  3. Zona de inflamación, que es muy estrecha y donde tiene lugar la inflamación de la mezcla, lo que produce una brusca elevación de temperatura.
  4. Zona de máxima temperatura.
  5. Zona de mezcla secundaria.
  6. Zona de combustión secundaria o penacho (A).

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4.3.3 Métodos de soldadura

El soldador normalmente empuña el soplete con la mano derecha y la varilla de aportación con la mano izquierda, por ser aquél más pesado que ésta. Según la dirección de avance de la soldadura, se distinguen dos métodos fundamentales de soldadura de características bien definidas:

a. Soldadura hacia la izquierda.

b. Soldadura hacia la derecha.

La soldadura hacia la derecha es la recomendada por ser de mayor calidad la soldadura realizada y menor el consumo de gases. El inconveniente es que es más difícil de aprender.

4.3.4 Preparación de las piezas a soldar

La preparación de las piezas a soldar comprende tres clases de operaciones:

1. Preparar los bordes de las piezas que se han de unir para la mejor recepción del cordón de soldadura.

2. Situar los bordes de las piezas en la posición relativa más conveniente desde el punto de vista de la resistencia y de la soldadura.

3. Colocar la junta en la posición que interese realizar la soldadura.

A cada espesor de pieza y forma de unión corresponde una preparación más conveniente, que es preciso realizar, pues con ello se facilita el trabajo, se reduce el tiempo y materiales empleados y, además, en general, mejora la calidad de la soldadura.

Los principales tipos de preparaciones son los siguientes:

a. Soldadura a tope de chapas de acero: bordes levantados, bordes rectos, bordes en V y bordes en X.

b. Soldadura a solape de chapas de acero: se realiza montando los bordes de las piezas a soldar.

c. Soldadura en ángulo.

4.4 Procedimientos del oxicorte

Los equipos manuales de oxicorte están formados por dos elementos principales:

  1. Un soplete oxiacetilénico como los empleados para soldadura.
  2. Un chorro de oxígeno dirigido sobre la línea de corte previamente puesta a la temperatura de inflamación para realizar la combustión del material en esa zona.

El soplete cortador tiene una boquilla especial que permite llevar el oxígeno hasta la zona de corte. Dispone de una válvula para el oxígeno que se abre una vez calentada la zona a cortar.

Las máquinas para el corte automático con plantilla se denominan oxitomos y se componen de tres partes principales:

1. La mesa donde se fija la plantilla o dibujo que marca el contorno de la pieza a cortar.

2. Un chasis móvil apoyado sobre la mesa, con el motor de accionamiento automático y los sopletes.

3. El equipo para el suministro de oxígeno y acetileno.

5. FUNDENTES

Los fundentes son substancias de composición adecuada para soldadura de cada tipo de metal o aleación que se incorporan a la soldadura en el momento de realizar ésta, cumpliendo dos fines:

1. Disuelven la película de óxido que se forma en los metales oxidables al aire ambiente.

2. Después de haber disuelto el óxido quedan los fundentes flotando sobre el metal protegiéndolo de la oxidación atmosférica.

Una vez fríos los fundentes deben ser retirados, normalmente picándolos, en su totalidad ya que son corrosivos y si quedan restos pueden dañar la zona soldada.

La cantidad de fundente a emplear es proporcionada a la superficie de la soldadura. Mayor cantidad de fundente no equivale a mayor calidad de la soldadura. Actualmente el fundente viene incorporado a la varilla del material de aportación. De esta manera la dosificación del fundente queda garantizada.

La mayor parte de los fundentes son productos patentados, por lo que no se conoce su composición exacta.

6. IMPERFECCIONES

Los defectos que se presentan con más frecuencia en la soldadura son los siguientes:

  1. Falta de penetración producida por la fusión incompleta de los bordes de la junta.
  2. Pegaduras. Se denominan así las uniones de las piezas o del metal de aportación por simple adherencia y no por fusión, por cuyo defecto la soldadura queda en falso.
  3. Oxidaciones y quemaduras. Son debidas a la mala regulación de la llama o ano emplear fundentes adecuados.
  4. Sopladuras o coqueras. Son las cavidades que se producen en las soldaduras al quedar apisonadas en su masa gases producidos por la fusión. Se evitan con fundentes adecuados y realizando la soldadura suavemente.

7. Riesgos más frecuentes y medidas que se deben adoptar

Riesgos

Medidas preventivas

1. Caída de piezas.

2. Caída de botellas de gas durante su transporte o utilización.

· Utilizar bases de soldar sólidas y apoyadas sobre objetos estables.

· Fijar adecuadamente las piezas.

· Mantener las botellas de gas en posición vertical y sujetas por medio de cadenas, abrazaderas o similar.

· Utilizar calzado de seguridad.

3. Pisadas sobre objetos.

· Extremar el orden y la limpieza. Ubicar contenedores para restos y piezas cerca de los puestos de trabajo.

· Utilizar calzado de seguridad.

4. Cortes, golpes con objetos y herramientas. Proyección de fragmentos y partículas. Atropamientos por y entre objetos.

· Utilización de equipos con marcado CE.

· Respetar las instrucciones del fabricante de las herramientas o equipos. Realizar las operaciones de mantenimiento y reglaje con las máquinas desconectadas.

· Alejar al todo el personal sin autorización. Instalar pantallas.

· No portar prendas u objetos susceptibles de quedar atrapados. Utilizar manga corta o puños elásticos.

· Utilización de guantes de resistencia mecánica adecuada, gafas de seguridad y/o pantallas faciales. Señalizar las protecciones necesarias en cada máquina o equipo.

· No utilizar aire para desempolvar o limpiar ropa u otros objetos.

5. Contactos eléctricos.

· Controlar periódicamente el funcionamiento de los interruptores diferenciales y el valor de la resistencia de tierra.

· Evitar conexiones intermedias.

· No utilizar aparatos eléctricos con las manos o guantes húmedos o mojados.

6. Incendios y explosiones

· Disponer de medios de extinción de incendios suficientes, adecuados, y correctamente mantenidos y ubicados.

· Separación de materiales inflamables de los focos de ignición.

· Evitar que las chispas alcancen o caigan sobre materiales combustibles.

· Formación e información de cómo actuar en caso de incendio.

· Mantener el equipo en buenas condiciones de uso y limpieza.

· No conectar la pinza de masa a canalizaciones o depósitos.

· Realizar las revisiones/inspecciones establecidas en el Reglamento de Aparatos a Presión.

7. Quemaduras.

· Utilizar pantallas o cortinas de soldadura.

· Cubrirse todas las partes del cuerpo antes de iniciar los trabajos de soldadura.

· No portar materiales inflamables durante las operaciones de soldadura.

BIBLIOGRAFÍA

Tecnología Mecánica José Mª Laceras.

www.cesol.es Asociación española de soldadura y tecnologías de unión.

Publicado: enero 29, 2016 por Santiago

Etiquetas: tema 32 fabricación mecánica