Soldadura

La soldadura és un processe de fixació en el qual es realisa l'unió de dos o més peces d'un material (generalment metalés o termoplàstics), usualment conseguit a través de la coalescencia (fusió), en la qual les peces són soldadas fonent, es pot agregar un material d'aporte (metal o plàstic), que, en fondre's, forma un toll de material fos entre les peces a soldar (el bany de soldadura) i, en gelar-se, es convertix en una unió fixa a la que se li denomina cordonera.

A voltes s'utilisa conjuntament pressió i calor, o solament pressió per sí mateixa, per a produir la soldadura. Açò està en contrast en la soldadura blana (en anglés soldering) i la soldadura forta (en anglés brazing), que impliquen el derretimiento d'un material de baix punt de fusió entre peces de treball per a formar un enllaç entre ells, sense fondre les peces de treball. Moltes fonts d'energia diferents poden ser usades per a la soldadura, incloent una flama de gas, un arc elèctric, un làser, un raig d'electrons, processos de fricció o ultrasò. L'energia necessària per a formar l'unió entre dos peces de metal generalment prové d'un arc elèctric. L'energia per a soldadures de fusió o termoplàstics generalment prové del contacte directe en una ferramenta o un gas calent.

La soldadura en freqüència es realisa en un ambient industrial, pero pot realisar-se en molts llocs diferents, incloent a l'aire lliure, baix de l'aigua i en l'espai. Independentment de la localisació, no obstant, la soldadura seguix sent perillosa, i es deuen prendre precaucions per a evitar cremades, descarrega elèctrica, fums venenosos, i la sobreexposición a la llum ultravioleta, per a això, és necessari una correcta protecció per al soldador i el seu entorn.

Fins al final del sigle XIX, l'únic procés de soldadura era la soldadura de forja, que els ferrers han usat per sigles per a juntar metals calfant-los i colpejant-los. La soldadura per arc i la soldadura a gas estaven entre els primers processos en desenrollar-se tardíamente en eixe mateix sigle, seguint-los, poc despuix, la soldadura per resistència i soldadura elèctrica. La tecnologia de la soldadura va alvançar ràpidament durant el principi del sigle XX mentres que la Primera Guerra Mundial i la Segona Guerra Mundial varen conduir la demanda de métodos d'unió fiables i barats. Despuix de les guerres, varen ser desenrollades vàries tècniques modernes de soldadura, incloent métodos manuals com la Soldadura manual de metal per arc, ara un dels més populars métodos de soldadura, aixina com processos semiautomàtics i automàtics tals com Soldadura GMAW, soldadura d'arc sumergit, soldadura d'arc en núcleu de fundente i soldadura per electroescoria. Els progressos varen continuar en l'invenció de la soldadura per raig làser i la soldadura en raig d'electrons a mitan del sigle XX. Hui en dia, la ciència continua alvançant. La mateixa és cada volta més corrent en les instalacions industrials, i els investigadors continuen desenrollant nous métodos de soldadura i guanyant major comprensió de la calitat i les propietats de la soldadura.

Es diu que la soldadura és un sistema perque intervenen els elements propis d'est, és dir, les 5 M: mà d'obra, materials, màquines, mig ambient i mijos escrits (procediments). L'unió satisfactòria implica que deu passar les proves mecàniques (tensió i doblez). Les tècniques són els diferents processos (SMAW, SAW, GTAW, etc.) utilisats per a la situació més convenient i favorable, lo que fa que siga lo més econòmic, sense deixar de costat la seguritat.

Història

L'història de la soldadura es remonta a varis milenis arrere, en els primers eixemples i soldadura des de l'edat de bronze i l'edat de ferro en Europa i en Orient Mig. La soldadura va ser usada en la construcció del Pilar de ferro de Delhi, en l'Índia, erigit prop de l'any 310 i pesant 5,4 tonellades mètriques.^[1] l'Edat Mija va dur alvanços en la soldadura de forja, en la que els ferrers colpejaven repetidament i calfaven el metal fins que es produïa l'unió. En 1540, Vannoccio Biringuccio va publicar De la pirotechnia, que inclou descripcions de l'operació de forjat. Els artesans del Renaixença eren habilidosos en el procés, i dita indústria va continuar desenrollant-se durant els sigles següents.^[2] No obstant, la soldadura va ser transformada durant el sigle XIX. En 1800, sir Humphry Davy va descobrir l'arc elèctric, i els alvanços en la soldadura per arc varen continuar en les invencions dels electrodos de metal pel rus Nikolai Slavyanov i el nortamericà, C. L. Coffin a finals dels anys 1800. Inclús la soldadura per arc de carbó, que usava un electrodo de carbó, va guanyar popularitat. Al voltant de 1900, A. P. Strohmenger va llançar un electrodo de metal recobert en Gran Bretanya, que va donar un arc més estable, i en 1919, la soldadura de corrent alterna va ser inventada per C. J. Holslag, pero no va aplegar a ser popular per una atra década.^[3]

La soldadura per resistència també va ser desenrollada durant les décades finals del sigle XIX, en les primeres paleses del sector en mans d'Elihu Thomson en 1885, qui va produir atres alvanços durant els següents 15 anys. La soldadura de termita va ser inventada en 1893, i al voltant d'eixe temps, es va establir un atre procés, la soldadura a gas. l'acetileno va ser descobert en 1836 per Edmund Davy, pero el seu us en la soldadura no va ser pràctic fins a prop de 1900, quan va ser desenrollat un soplete convenient.^[4] Al principi, la soldadura de gas va ser un dels més populars métodos de soldadura per la seua portabilitat i cost relativament baix. No obstant, a mida que progressava el sigle XX, va baixar en les preferències per a les aplicacions industrials. Va ser substituïda, en gran mida, per la soldadura d'arc, en la mida que varen continuar sent desenrollades les cobertes de metal per a l'electrodo (conegudes com fundente), que estabilisen l'arc i blindaven el material base de les impurees.^[5]

La Primera Guerra Mundial va causar un repunt important en l'us dels processos de soldadura, en les diferents forces militars procurant determinar quins dels variats nous processos de soldadura serien els millors. Els britànics varen usar primàriament la soldadura per arc, inclús construint, per mig d'este procediment, una nau, el Fulagar, en un caixco enterament soldat. Els nortamericans eren més vacilantes, pero varen començar a reconéixer els beneficis de la soldadura d'arc quan dit procés els va permetre reparar ràpidament les seues naus despuix dels atacs alemans en el port de Nova York al principi de la guerra. També la soldadura d'arc va ser aplicada per primera volta als avions durant la guerra, puix alguns fuselages de aeroplanos alemans varen ser construïts usant dit procés.^[6]

Durant els anys 1920, importants alvanços varen ser fets en la tecnologia de la soldadura, incloent l'introducció de la soldadura automàtica en 1920, en la que l'aram de l'electrodo era alimentat contínuament. El gas de protecció es va convertir en un tema important, mentres que els científics procurarban protegir les soldadures contra els efectes del oxigen i el nitrogen de l'atmòsfera. La porosidad i la fragilitat eren els problemes bàsics derivats d'este intercanvi, i les solucions que varen desenrollar varen incloure l'us del hidrogen, del argón, i del heli com a gasos protectors de la soldadura.^[7] Durant la següent década, posteriors alvanços varen permetre la soldadura de metals reactius com l'alumini i el magnesi. Açò, conjuntament en desenrolls en la soldadura automàtica, la soldadura baix corrent alterna, i els fundentes, varen alimentar una important extensió de la soldadura d'arc durant els anys 1930 i durant la Segona Guerra Mundial.^[8]

A mitan del sigle XX, varen ser inventats molts métodos nous de soldadura. 1930 va vore el llançament de la soldadura de perno, que pronte va aplegar a ser popular en la fabricació de naus i la construcció. La soldadura d'arc sumergit va ser inventada el mateix any, i continua sent popular hui en dia. En 1941, despuix de décades de desenroll, la soldadura d'arc de gas en electrodo de tungsteno va ser finalment perfeccionada, seguida en 1948 per la soldadura per arc metàlic en gas, permetent la soldadura ràpida de materials no ferrosos pero requerint costosos gasos de blindage. La soldadura d'arc metàlic blindat va ser desenrollada durant els anys 1950, usant un fundente d'electrodo consumible cobert, i es va convertir ràpidament en el més popular ^{[enllaç trencat]}. En 1957, va debutar el procés de soldadura per arc en núcleu fundente, en el que el electrodo d'aram auto blindat [1] archivat en Wayback Machine. podia ser usat en un equip automàtic, resultant en velocitats de soldadura altament incrementades, i eixe mateix any va ser inventada la soldadura d'arc de plasma. La soldadura per electroescoria va ser introduïda en 1958, i va ser seguida en 1961 per la seua prima, la soldadura per electrogas.^[9]

Uns atres desenrolls recents en la soldadura inclouen en 1958 l'important guany de la soldadura en raig d'electrons, fent possible la soldadura profunda i estreta per mig de la font de calor concentrada. Seguint l'invenció del làser en 1960, la soldadura per raig làser va debutar vàries décades més tart, i ha demostrat ser especialment útil en la soldadura automatizado d'alta velocitat. No obstant, abdós processos continuen sent altament costosos per l'alt cost de l'equip necessari, i açò ha llimitat les seues aplicacions.^[10]

Sistemes de soldadura

Soldadura d'estat sòlit

Com el primer procés de soldadura, la soldadura de forja, alguns métodos moderns de soldadura no impliquen derretimiento dels materials que són juntats. Un dels més populars, la soldadura ultrasònica, és usada per a conectar fulls o arams fins fets de metal o termoplàstics, fent-los vibrar en alta freqüència i baix alta pressió. L'equip i els métodos implicats són similars als de la soldadura per resistència, pero en lloc de corrent elèctrica, la vibració proporciona la font d'energia. Soldar metals en este procés no implica el derretimiento dels materials; en el seu lloc, la soldadura es forma introduint vibracions mecàniques horisontalment baix pressió. Quan s'estan soldando plàstics, els materials deuen tindre similars temperatures de fusió, i les vibracions són introduïdes verticalment. La soldadura ultrasònica s'usa comunament per a fer conexions elèctriques d'alumini o coure, i també és un molt comú procés de soldadura d'polímero.

Un atre procés comú, la soldadura explosiva, implica juntar materials espentant-los junts baix una pressió extremadament alta. L'energia de l'impacte plastifica els materials, formant una soldadura, encara que solament una llimitada cantitat de calor siga generada. El procés és usat comunament per a materials disímiles de soldadura, tals com la soldadura de l'alumini en acer en caixcos de naus o plaques compostes. Atres processos de soldadura d'estat sòlit inclouen la soldadura de coextrusión, la soldadura en fret, la soldadura per difusió, la soldadura per fricció (incloent la soldadura per fricció-agitació en anglés Friction Stir Welding), la soldadura per alta freqüència, la soldadura per pressió calenta, la soldadura per inducció, i la soldadura de rodell.^[11]

Soldadura blana i forta

La soldadura blana i la soldadura forta són processos en els quals no es produïx la fusió dels metals base, sino únicament del metal d'aportació. Sent el primer procés de soldadura utilisat per l'home, ya en l'antiga Sumer.


Soldadura	Temperatura
Soldadura blana	< 450 °C
Soldadura forta	> 450 °C
Soldadura forta a altes temperatures	> 900 °C

Soldadura per arc

Artícul principal → Soldadura per arc.

Es tracta, en realitat, de distints sistemes de soldadura, que tenen en comuna l'us d'una font d'alimentació elèctrica. Esta s'usa per a generar un arc voltaico entre un electrodo i el material base, que derrite els metals en el punt de la soldadura. Es pot usar tant corrent contínua (CC) com alterna (AC), i inclouen electrodos consumibles o no consumibles, els quals es troben coberts per un material cridat revestiment. A voltes, la zona de la soldadura és protegida per un cert tipo de gas inerte o semi inerte, conegut com gas de protecció, i, en ocasions, s'usa un material de farcidura.

Fonts d'energia

Per a proveir l'energia elèctrica necessària per als processos de la soldadura d'arc, poden ser usades diferents fonts d'alimentació. La classificació més comuna de dites fonts consistix en separar les de corrent constant i les de voltage constant. En la soldadura d'arc, la llongitut de l'arc està directament relacionada en el voltage, i la cantitat de calor generada està relacionada en l'intensitat de la corrent. Les fonts d'alimentació de corrent constant són usades en més freqüència per als processos manuals de soldadura tals com la soldadura d'arc de gas en electrodo de tungsteno i la soldadura d'arc metàlic blindat, perque elles mantenen una corrent constant inclús mentres el voltage varia. Açò és important en la soldadura manual, ya que pot ser difícil sostindre l'electrodo perfectament estable, i com a resultat, la llongitut de l'arc i el voltage tendixen a fluctuar. Les fonts d'alimentació de voltage constant mantenen este i varien la corrent. Com a resultat, són usades més a sovint per als processos de soldadura automatizado tals com la soldadura d'arc metàlic en gas, soldadura per arc de núcleu fundente, i la soldadura d'arc sumergit. En estos processos, la llongitut de l'arc és mantinguda constant, ya que qualsevol fluctuació en la distància entre electrodo i material base és ràpidament rectificat per un canvi gran en la corrent. Si l'aram i el material base s'acosten massa, la corrent aumentarà ràpidament, lo que, a la seua volta, causa un aument de la calor i est fa que l'extremitat de l'aram es funda, fent-ho, aixina, tornar a la seua distància de separació original.^[12]

El tipo de corrent usat en la soldadura d'arc també juga un paper important. Els electrodos de procés consumibles com els de la soldadura d'arc de metal blindat i la soldadura d'arc metàlic en gas generalment usen corrent directa (contínua), per lo que l'electrodo pot ser carregat positiva o negativament, depenent de cóm es realisen les conexions dels electrodos. En la soldadura, en cas de carregar l'electrodo positivament generarà major de calor en el mateix, i com a resultat, la soldadura resulta més superficial (al no fondre's casi el material base). Si l'electrodo és carregat negativament, el metal base estarà més calent, incrementant la penetració de l'aporte i la velocitat de la soldadura.^[13] Els processos d'electrodo no consumible, tals com la soldadura d'arc de gas i electrodo de tungsteno, poden usar abdós tipos de corrent directa, aixina com corrent alterna. Com en el cas abans citat, un electrodo positivament carregat causa soldadures superficials i un electrodo negativament carregat, també provoca soldadures més profundes.^[14] En cas d'utilisar corrent alterna, en invertir-se constant i ràpidament la polaridad elèctrica, es conseguixen soldadures de penetració intermija. Una desventaja de la CA, el fet de que l'arc s'anule a cada inversió de polaridad, s'ha superat en l'invenció d'unitats d'energia especials que produïxen un patró quadrat d'ona, en lloc del patró normal d'ona sinusoidal, generant passos per zero molt ràpits que minimisen els efectes del problema de la desaparició de l'arc voltaico.^[15]

Distints sistemes de soldadura

Un dels tipos més comuns de soldadura d'arc és la soldadura manual en electrodo revestit (SMAW, Shielded Metal Arc Welding), que també és coneguda com a soldadura manual d'arc metàlic (MMA) o soldadura d'electrodo. La corrent elèctrica s'usa per a crear un arc entre el material base i la vareta d'electrodo consumible, que és d'acer i està cobert en un fundente que protegix l'àrea de la soldadura contra l'oxidació i la contaminació, per mig de la producció del gas CO₂ durant el procés de la soldadura. El núcleu en sí mateixa de l'electrodo actua com a material de farcidura, fent innecessari un material de farcidura adicional.

El procés és versàtil i pot realisar-se en un equip relativament barat, fent-ho adequat per a treballs domèstics i per a treballs de camp.^[16] Un operador pot fer-se raonablement competent en una modesta cantitat d'entrenament i pot alcançar el mestrage en l'experiència. Els temps de soldadura són alguna cosa llents, ya que els electrodos consumibles deuen ser substituïts en freqüència i perque la escoria, el residu del fundente, deu ser retirada despuix de soldar.^[17] Ademés, el procés és generalment llimitat a materials de soldadura ferrosos, encara que electrodos especialisats han fet possible la soldadura del ferro fos, níquel, alumini, coure, acer inoxidable i d'atres metals.

La soldadura d'arc metàlic en gas (GMAW, Gas Metal Arc Welding), també coneguda com a soldadura de metal i gas inerte o per les sigles en anglés MIG (Metal Inert Gas) i MAG (Metal Active Gas), és un procés semiautomàtic o automàtic que usa una alimentació contínua d'aram com a electrodo i una mescla de gas inerte o semi-inerte per a protegir la soldadura contra la contaminació. Com en la SMAW, l'habilitat raonable de l'operador pot ser alcançada en entrenament modest. ya que l'electrodo és injectat de forma contínua, les velocitats de soldat són majors per a la GMAW que per a la SMAW. També, el tamany més chicotet de l'arc, comparat als processos de soldadura d'arc metàlic protegit, fa més fàcil fer les soldadures en postures complicades (p. eix., empalmes en lo alt, com seria soldando per baix d'una estructura).

L'equip requerit per a realisar el procés de GMAW és més complex i costós que el requerit per a la SMAW, i exigix un procediment més complex de preparació. Per lo tant, la GMAW és menys portable i versàtil, i, per l'us d'un gas de blindage separat, no és particularment adequat per al treball a l'aire lliure. No obstant, la velocitat mija més alta que en li SMAW, fan que la GMAW siga més adequada per a la soldadura de producció. El procés pot ser aplicat a una àmplia varietat de metals, tant ferrosos com no ferrosos.^[18]

Un procés relacionat, la soldadura d'arc de núcleu fundente (FCAW), usa un equip similar pero utilisa un aram que consistix en un electrodo d'acer reblixc d'un material en pols. Este aram nucleado és més costós que l'aram sòlit estàndart i pot generar fums i/o escoria, pero permet inclús una velocitat més alta de soldadura i major penetració del metal.^[19]

La soldadura d'arc, tungsteno i gas (GTAW), o soldadura de tungsteno i gas inerte (TIG) (també a voltes designada erròneament com soldadura heliarc), és un procés manual de soldadura que usa un electrodo de tungsteno no consumible, una mescla de gas inerte o semi-inerte, i un material de farcidura separada. Especialment útil per a soldar materials fins, este método és caracterisat per un arc estable i una soldadura d'alta calitat, pero requerix una significativa habilitat de l'operador i solament dona velocitats de treball relativament baixes.

La GTAW pot ser usada en casi tots els metals soldables, encara que és aplicada més a sovint a aleacions d'acer inoxidable i metals llaugers. S'usa en els casos en que són extremadament importants les soldadures de calitat, per eixemple en fabricació de quadros de bicicletas, avions i aplicacions navals.^[20] Un procés relacionat, la soldadura d'arc de plasma, també usa un electrodo de tungsteno pero utilisa un gas de plasma per a fer l'arc. L'arc és més concentrat que l'arc de la GTAW, fent el control travesser més crític i aixina generalment restringint la tècnica a un procés mecanisat. Per la seua corrent estable, el método pot ser usat en una gama més àmplia de materials grossos que en el cas de la GTAW, i ademés, és molt més ràpit que esta. S'aplica als mateixos materials que la GTAW llevat al magnesi, i la soldadura automatizado de l'acer inoxidable és una aplicació reseñable d'este sistema. Una variant del mateix és el cort per plasma, un eficient sistema per al tall d'acer.^[21]

La soldadura d'arc sumergit (SAW) és un método de soldadura d'alta productivitat en el qual l'arc es genera immers en un decorregut. Açò aumenta la calitat de l'arc, ya que els contaminants de l'atmòsfera són desplaçats per dit decorregut. La escoria que forma la soldadura, generalment, ix per sí mateixa, i, combinada en l'us d'una alimentació d'aram contínua, la velocitat de deposición de la soldadura és alta. Les condicions de treball milloren molt en comparació a atres sistemes de soldadura d'arc, ya que el decorregut oculta l'arc i, aixina, casi no es produïx cap fum. Este sistema és usat comunament en l'indústria, especialment per a productes grans i en la fabricació de recipients de pressió soldats.^[22] Atres processos de soldadura d'arc inclouen la soldadura d'hidrogen atòmic, la soldadura d'arc de carbono, la soldadura de electroescoria, la soldadura per electrogas, i la soldadura d'arc de perno.

Soldadura a gas

El procés més comú de soldadura a gas és la soldadura oxiacetilénica, també coneguda com a soldadura autógena o soldadura oxi-combustible. És un dels més vells i més versàtils processos de soldadura, pero en anys recents ha aplegat a ser menys popular en aplicacions industrials. Encara és usada extensament per a soldar canonades i tubos, com també per a treball de reparació. L'equip és relativament barat i simple, generalment amprant la combustió del acetileno en oxigen per a produir una temperatura de la flama de soldadura de prop de 3100 °C. ya que la flama és menys concentrada que un arc elèctric, causa un refredat més llent de la soldadura, que pot conduir a majors tensions residuals i distorsió de soldadura, encara que facilita la soldadura d'acers d'alta aleació. Un procés similar, generalment cridat tall de oxicombustible, és usat per a tallar els metals.^[5] Atres métodos de la soldadura a gas, tals com soldadura de acetileno i oxigen, soldadura d'hidrogen i oxigen, i soldadura de gas a pressió són molt similars, generalment diferenciant-se solament en el tipo de gasos usats. Una antorcha d'aigua a voltes és usada per a la soldadura de precisió d'artículs com a joyeria. La soldadura a gas també és usada en la soldadura de plàstic, encara que la substància calfada és l'aire, i les temperatures són molt més baixes.

Soldadura per resistència

La soldadura per resistència implica la generació de calor en travessar la corrent elèctrica dos o més superfícies de metal. Es formen menuts tolls de metal fos en l'àrea de soldadura a mida que l'elevada corrent (1000 a 100 000 A) traspassa el metal. En general, els métodos de la soldadura per resistència són eficients i causen poca contaminació, pero les seues aplicacions són alguna cosa llimitades i el cost de l'equip pot ser alt.

La soldadura per punts és un popular método de soldadura per resistència usat per a juntar fulls de metal solapadas de fins a 3 mm de gros. Dos electrodos són usats simultàneament per a subjectar els fulls de metal juntes i per a passar la corrent a través d'elles. Les ventages del método inclouen l'us eficient de l'energia, una llimitada deformació de la peça de treball, altes velocitats de producció, fàcil automatisació, i el no requeriment de materials de farcidura. La força de la soldadura és perceptiblemente més baixa que en atres métodos de soldadura, fent el procés solament convenient per a certes aplicacions. És usada extensivamente en l'indústria d'automòvils. Els coches ordinaris pot tindre varis mils de punts soldats fets per robots industrials. Un procés especialisat, cridat soldadura de choc, pot ser usada per als punts de soldadura del acer inoxidable.

Com la soldadura de punt, la soldadura de costura confia en dos electrodos per a aplicar la pressió i la corrent per a juntar fulls de metal. No obstant, en lloc d'electrodos de punt, els electrodos en forma de roda, roden a lo llarc i a sovint alimenten la peça de treball, fent possible les soldadures contínues llargues. En el passat, este procés va ser usat en la fabricació de llandes de begudes, pero ara els seus usos són més llimitats. Atres métodos de soldadura per resistència inclouen la soldadura de centelleig, la soldadura de proyecció, i la soldadura de bolcat.^[23]

Soldadura per raig d'energia

Els métodos de soldadura per raig d'energia, cridats soldadura per raig làser i soldadura en raig d'electrons, són processos relativament nous que han aplegat a ser absolutament populars en aplicacions d'alta producció. Els dos processos són molt similars, diferenciant-se més notablement en la seua font d'energia, La soldadura de raig làser ampra un raig làser altament enfocat, mentres que la soldadura de raig d'electrons és feta en un buit i usa un fes d'electrons. Abdós tenen una molt alta densitat d'energia, fent possible la penetració de soldadura profunda i minimisant el tamany de l'àrea de la soldadura. Abdós processos són extremadament ràpits, i són fàcils d'automatisar, fent-los altament productius. Les desventages primàries són les seues molt alts costs d'equip (encara que estos estan disminuint) i una susceptibilitat al agrietamiento. Els desenrolls en esta àrea inclouen la soldadura de làser híbrit, que usa els principis de la soldadura de raig làser i de la soldadura d'arc per a inclús millors propietats de soldadura.^[24]

Geometria

Les soldadures poden ser preparades geomètricament de moltes maneres diferents. Els cinc tipos bàsics de juntes de soldadura són la junta d'extrem, la junta de regazo, la junta de cantó, la junta de vora, i la junta-T. Existixen atres variacions, com per eixemple la preparació de juntes doble-V, caracterisades per les dos peces de material cada una que esmolant-se a un sol punt central en la mitat de la seua altura. La preparació de juntes solament-O i doble-O són també prou comunes —en lloc de tindre vores rectes com la preparació de juntes solament-V i doble-V, elles són curvades, tenint la forma d'una O. Les juntes de regazo també són comunament més que dos peces grosses —depenent del procés usat i de la gruixa del material, moltes peces poden ser soldadas juntes en una geometria de junta de regazo.^[25]

A sovint, certs processos de soldadura usen exclusivament o casi exclusivament dissenys de junta particulars. Per eixemple, la soldadura de punt de resistència, la soldadura de raig làser, i la soldadura de raig d'electrons són realisades més freqüentment en juntes de regazo. No obstant, alguns métodos de soldadura, com la soldadura per arc de metal blindat, són extremadament versàtils i poden soldar virtualment qualsevol tipo de junta. Adicionalment, alguns processos poden ser usats per a fer soldadures multipasos, en les que es permet gelar una soldadura, i llavors una atra soldadura és realisada damunt de la primera. Açò permet, per eixemple, la soldadura de seccions grosses dispostes en una preparació de junta solament-V.^[26]

Despuix de soldar, un número de distintes regions poden ser identificades en l'àrea de la soldadura. La soldadura en sí mateixa és cridada la zona de fusió —més específicament, esta és a on el metal de farcidura va ser posat durant el procés de la soldadura. Les propietats de la zona de fusió depenen primàriament del metal de farcidura usada, i la seua compatibilitat en els materials base. És rodejada per la zona afectada de calor, l'àrea que va tindre la seua microestructura i propietats alterades per la soldadura. Estes propietats depenen del comportament del material base quan està subjecte a la calor. El metal en esta àrea és en freqüència més dèbil que el material base i la zona de fusió, i és també a on són trobades les tensions residuals.^[27]

Calitat

Molt a sovint, la mida principal usada per a jujar la calitat d'una soldadura és la seua fortalea i la fortalea del material al voltant d'ella. Molts factors distints influïxen en açò, incloent el método de soldadura, la cantitat i la concentració de l'entrada de calor, el material base, el material de farcidura, el material fundente, el disseny del empalme, i les interaccions entre tots estos factors. Per a provar la calitat d'una soldadura s'usen tant ensajos no destructius com ensajos destructius, per a verificar que les soldadures estan lliures de defectes, tenen nivells acceptables de tensions i distorsió residuals, i tenen propietats acceptables de zona afectada per la calor (FES). Existixen còdics i especificacions de soldadura per a guiar als soldadores en tècniques apropiades de soldadura i en cóm jujar la calitat estes.

Zona afectada tèrmicament

Els efectes de soldar poden ser perjudicials en el material rodejant la soldadura. Depenent dels materials usats i l'entrada de calor del procés de soldadura usat, la zona afectada tèrmicament (ZAT) pot variar en tamany i fortalea. La difusividad tèrmica del material base és molt important; si la difusividad és alta, la velocitat de refredat del material és alta i la ZAT és relativament menuda. Inversament, una difusividad baixa conduïx a un refredat més llent i a una ZAT més gran. La cantitat de calor injectada pel procés de soldadura també eixercita un paper important, puix els processos com la soldadura oxiacetilénica tenen una entrada de calor no concentrada i aumenten el tamany de la zona afectada. Els processos com la soldadura per raig làser tenen una cantitat altament concentrada i llimitada de calor, resultant una ZAT menuda. La soldadura d'arc cau entre estos dos extrems, en els processos individuals variant alguna cosa en entrada de calor.^[28]^[29] Per a calcular la calor per als procediments de soldadura d'arc, pot ser usada la següent fòrmula:

$Q = (\frac{V \times I \times 60}{S \times 1000}) \times 𝑅 𝑒 𝑛 𝑑 𝑖 𝑚 𝑖 𝑒 𝑛 𝑡 𝑜$
Símbol	Nom	Unitat
Q	Entrada de calor	kJ/mm
V	Voltage	V
I	Corrent	A
S	Velocitat de la soldadura	mm/min


Rendiment^[30]	Soldadura
0.75	Arc de metal revestit
0.90	Arc de metal en gas
0.90	Arc sumergit
0.80	Arc de tungsteno de gas

Distorsió i agrietamiento

Els métodos de soldadura que impliquen derretir el metal en el lloc del empalme són necessàriament propensos a la contracció a mida que el metal calfat es gela. A la seua volta, la contracció pot introduir tensions residuals i tant distorsió llongitudinal com a rotatòria. La distorsió pot plantejar un problema important, ya que el producte final no té la forma desijada. Per a aliviar la distorsió rotatòria, les peces de treball poden ser compensades, de modo que la soldadura done lloc a una peça correctament formada.^[31] Atres métodos de llimitar la distorsió, com afiançar en el lloc les peces de treball en abrazaderas, causa l'acumulació de la tensió residual en la zona afectada tèrmicament del material base. Estes tensions poden reduir la força del material base, i poden conduir a la falla catastròfica per agrietamiento fret, com en el cas de vàries de les naus Liberty. El agrietamiento en fredor està llimitat als acers, i està associat a la formació del martensita mentres que la soldadura es gela. El agrietamiento ocorre en la zona afectada tèrmicament del material base. Per a reduir la cantitat de distorsió i estrés residual, la cantitat d'entrada de calor deu ser llimitada, i la seqüència de soldadura usada no deu ser d'un extrem directament a l'atre, sino alguna cosa en segments. L'atre tipo de agrietamiento, l'agrietamiento en calent o agrietamiento de solidificació, pot ocórrer en tots els metals, i succeïx en la zona de fusió de la soldadura. Per a disminuir la provabilitat d'este tipo de agrietamiento, deu ser evitat l'excés de material restringit, i deu ser usat un material de farcidura apropiada.^[32]

Soldabilidad

La calitat d'una soldadura també depén de la combinació dels materials usats per al material base i el material de farcidura. No tots els metals són adequats per a la soldadura, i no tots els metals de farcidura treballen be en materials base acceptables. Cal tindre en conte el 60% de la gruixa base menor de les plaques a unir per a us d'un dels catetos de la soldadura.

Acers

La soldabilidad d'acers és inversamente proporcional a una propietat coneguda com la templabilidad de l'acer, que medix la provabilitat de formar la martensita durant el tractament de soldadura o calor. La templabilidad de l'acer depén de la seua composició química, en majors cantitats de carbono i d'atres elements d'aleació resultant en major templabilidad i per lo tant una soldabilidad menor. Per a poder jujar les aleacions compostes de molts materials distints, s'usa una mida coneguda com el contingut equivalent de carbono per a comparar les soldabilidades relatives de diferents aleacions comparant les seues propietats a un acer al carbono simple. L'efecte sobre la soldabilidad d'elements com el cromo i el vanadi, mentres que no és tan gran com la del carbono, és per eixemple més significativa que la del coure i el níquel. A mida que s'eleva el contingut equivalent de carbono, la soldabilidad de l'aleació decreix.^[33] La desventaja d'usar simple carbono i els acers de baixa aleació és la seua menor resistència - hi ha una compensació entre la resistència del material i la soldabilidad. Els acers d'alta resistència i baixa aleació varen ser desenrollats especialment per als usos en la soldadura durant els anys 1970, i estos materials, generalment fàcils de soldar tenen bona resistència, fent-los ideals per a moltes aplicacions de soldadura.^[34]

Pel seu alt contingut de cromo, els acers inoxidables tendixen a comportar-se d'una manera diferent a atres acers sobre la soldabilidad. Els graus austeníticos dels acers inoxidables tendixen a ser més soldables, pero són especialment susceptibles a la distorsió pel seu alt coeficient d'expansió tèrmica. Algunes aleacions d'este tipo són propenses a badar-se i també a tindre una reduïda resistència a la corrosió. Si no està controlada la cantitat de ferrita en la soldadura és possible el agrietamiento calent. Per a aliviar el problema, s'usa un electrodo que deposita un metal de soldadura que conté una cantitat chicoteta de ferrita. Atres tipos d'acers inoxidables, tals com els acers inoxidables ferríticos i martensíticos, no són fàcilment soldables, i a sovint deuen ser precalentados i soldats en electrodos especials.^[35]

Alumini

La soldabilidad de les aleacions d'alumini varia significativament depenent de la composició química de l'aleació usada. Les aleacions d'alumini són susceptibles al agrietamiento calent, i per a combatre el problema els soldadores aumenten la velocitat de la soldadura per a reduir l'aporte de calor. El precalentamiento reduïx el gradient de temperatura a través de la zona de soldadura i per lo tant ajuda a reduir el agrietamiento calent, pero pot reduir les característiques mecàniques del material base i no deu ser usat quan el material base està restringit. El disseny del empalme també pot canviar-se, i pot seleccionar-se una aleació de farcidura més compatible per a disminuir la provabilitat del agrietamiento calent. Les aleacions d'alumini també deuen ser netejades abans de la soldadura, en l'objecte de llevar tots els òxits, olis, i partícules soltes de la superfície a ser soldada. Açò és especialment important per la susceptibilitat d'una soldadura d'alumini a la porosidad pel hidrogen i a l'escoria pel oxigen.^[36]

Condicions inusuals

Encara que moltes aplicacions de la soldadura es porten a terme en ambients controlats com a fàbriques i tallers de reparacions, alguns processos de soldadura s'usen en freqüència en una àmplia varietat de condicions, com a l'aire obert, baix l'aigua i en buits (com en l'espai). En usos a l'aire lliure, tals com la construcció i la reparació en exteriors, la soldadura d'arc de metal blindat és el procés més comú. Els processos que ampren gasos inertes per a protegir la soldadura no poden usar-se fàcilment en tals situacions, perque els moviments atmosfèrics impredictibles poden donar lloc a una soldadura fallanca. La soldadura d'arc de metal blindat a sovint també és usada en la soldadura subaquàtica en la construcció i la reparació de naus, plataformes costa fòra, i canonades, pero també unes atres són comunes, tals com la soldadura d'arc en núcleu de fundente i soldadura d'arc de tungsteno i gas. És també possible soldar en l'espai, va ser intentat per primera volta en 1969 per cosmonautas russos, quan varen realisar experiments per a provar la soldadura d'arc de metal blindat, la soldadura d'arc de plasma, i la soldadura de fes d'electrons en un ambient despresurizado. Es varen fer proves adicionals d'estos métodos en les següents décades, i hui en dia els investigadors continuen desenrollant métodos per a usar atres processos de soldadura en l'espai, com la soldadura de raig làser, soldadura per resistència, i soldadura per fricció. Els alvanços en estes àrees podrien provar ser indispensables per a proyectes com la construcció de l'Estació Espacial Internacional, que provablement utilisarà profusamente la soldadura per a unir en l'espai les parts manufacturadas en la Terra.^[37]

Seguritat

La soldadura sense les precaucions apropiades pot ser una pràctica perillosa i amoladora per a la salut. No obstant, en l'us de la nova tecnologia i la protecció apropiada, els riscs de lesió o mort associats a la soldadura poden ser pràcticament eliminats. El risc de cremades o electrocució és significatiu degut a que molts procediments comuns de soldadura impliquen un arc elèctric o flama oberts. Per a previndre-les, les persones que sueldan deuen utilisar roba de protecció, com a calcer homologat, guants de cuiro grossos i jaquetes protectores de mànegues llargues per a evitar l'exposició a les purnes, la calor i les possibles flames. Ademés, l'exposició a la lluentor de l'àrea de la soldadura produïx una lesió anomenada ull d'arc (queratitis) per efecte de la llum ultravioleta que inflama la còrnea i pot cremar les retinas. Les ulleres protectores i els caixcos i caretas de soldar en filtres de cristal obscur s'usen per a previndre esta exposició, i en anys recents s'han comercialisat nous models de caixcos en els que el filtre de cristal és transparent i permet vore l'àrea de treball quan no hi ha radiació UV, pero s'auto enfosquix en quant esta es produïx en iniciar-se la soldadura. Per a protegir als espectadors, per seguritat, deuen utilisar-se mampares o cortines translúcidas que rodegen l'àrea de soldadura. Estes cortines, fetes d'una película plàstica de clorur de polivinilo, protegixen als treballadors propencs de l'exposició a la llum UV de l'arc elèctric, pero no deuen ser usades per a reemplaçar el filtre de cristal usat en els caixcos i caretas del soldador.^[38]

A sovint, els soldadores també s'exponen a gasos perillosos i a partícules fines suspeses en l'aire. Els processos com la soldadura per arc de núcleu fundente i la soldadura per arc metàlic blindat produïxen fum que conté partícules de varis tipos d'òxits, que en alguns casos poden produir quadros mèdics com el cridat febra del vapor metàlic. El tamany de les partícules en qüestió influïx en la toxicitat dels vapors, puix les partícules més chicotetes presenten un perill major. Ademés, molts processos produïxen vapors i varis gasos, comunament diòxit de carbono, ozon i metals pesats, que poden ser perillosos sense la ventilació i la protecció apropiats. Per a este tipo de treballs, se sol dur mascarilla per a partícules de classificació FFP3, o ben mascarilla per a soldadura. Per l'us de gasos comprimits i flames, en molts processos de soldadura es planteja un risc d'explosió i fòc. Algunes precaucions comunes inclouen la llimitació de la cantitat d'oxigen en l'aire i mantindre els materials combustibles llunt del lloc de treball.^[38]

Costs i tendències

Com en qualsevol procés industrial, el cost de la soldadura juga un paper crucial en les decisions de la producció. Moltes variables diferents afecten el cost total, incloent el cost de l'equip, el cost de la mà d'obra, el cost del material, i el cost de l'energia elèctrica. Depenent del procés, el cost de l'equip pot variar, des de barat per a métodos com la soldadura d'arc de metal blindat i la soldadura de oxicombustible, a extremadament costós per a métodos com la soldadura de raig làser i la soldadura de fes d'electrons. Pel seu alt cost, estes són solament usades en operacions d'alta producció. Similarment, degut a que l'automatisació i els robots aumenten els costs de l'equip, solament són implementats quan és necessària l'alta producció. El cost de la mà d'obra depén de la velocitat de deposición (la velocitat de soldadura), del salari per hora i del temps total d'operació, incloent el temps de soldar i del maneig de la peça. El cost dels materials inclou el cost del material base i de farcidura i el cost dels gasos de protecció. Finalment, el cost de l'energia depén del temps de l'arc i el consum d'energia de la soldadura.

Per als métodos manuals de soldadura, els costs de treball generalment són la vasta majoria del cost total. Com a resultat, moltes mides d'aforro de cost s'enfoquen en la reducció al mínim del temps d'operació. Per a fer açò, poden seleccionar-se procediments de soldadura en altes velocitats de deposición i els paràmetros de soldadura poden ajustar-se per a aumentar la velocitat de la soldadura. La mecanisació i l'automatisació són freqüentment implementades per a reduir els costs de treball, pero, a sovint, en esta aumenta el cost d'equip i crea temps adicional de disposició. Els costs dels materials tendixen a incrementar-se quan són necessàries propietats especials en ells i els costs de l'energia normalment no sumen més que un percentage del cost total de la soldadura.^[39]

En anys recents, per a reduir al mínim els costs de treball en la manufactura d'alta producció, la soldadura industrial s'ha tornat cada volta més automatizado, sobretot en l'us de robots en la soldadura de punt de resistència (especialment en l'indústria de l'automòvil) i en la soldadura d'arc. En la soldadura robotizada, uns dispositius mecànics sostenen el material i realisen la soldadura,^[40] i al principi, la soldadura de punt va ser el seu us més comú. Pero la soldadura d'arc robòtica ha incrementat la seua popularitat a mida que la tecnologia ha alvançat. Atres àrees clau d'investigació i desenroll inclouen la soldadura de materials distints (com per eixemple, acer i alumini) i els nous processos de soldadura. Ademés, es desija progressar que métodos especialisats com la soldadura de raig làser siguen pràctics para més aplicacions, per eixemple en les indústries aeroespacials i de l'automòvil. Els investigadors també tenen l'esperança d'entendre millor les freqüents propietats impredictibles de les soldadures, especialment la microestructura, les tensions residuals i la tendència d'una soldadura a badar-se o deformar-se.^[41]

Especificacions de soldadura

American Society of Mechanical Engineers - Boiler and Pressure Vessel Code - Section IX
American Welding Society – Structural Welding Code
American Welding Society – Bridge Welding Code

Vore també

Coure
Inspecció per líquits penetrants
Electrodo
Mecànic-Soldador
Soldador elèctric
Soldadura (material)
Tractament tèrmic
Tensió mecànica
Canonada
Atres tècnica d'unió: adhesiu, entornellat, reblonat

Referències

↑ Cary i Helzer, p. 4.
↑ Lincoln Electric, p. 1.1-1.
↑ Cary i Helzer, pp. 5-6
↑ Cary i Helzer, p. 6.
↑ ^5,0 ^5,1 Weman, p. 26.
↑ Lincoln Electric, p. 1.1-5.
↑ Cary i Helzer, p. 7.
↑ Lincoln Electric, p. 1.1-6.
↑ Cary i Helzer, p. 9.
↑ Lincoln Electric, 1.1-10.
↑ Weman, pp. 89-90.
↑ Cary i Helzer, pp. 246-49.
↑ Kalpakjian i Schmid, p. 780.
↑ Lincoln Electric, pp. 5.4-5.
↑ Weman, p. 16.
↑ Cary i Helzer, p. 103.
↑ Weman, p. 63.
↑ Lincoln Electric, pp. 5.4-3.
↑ Weman, p. 53.
↑ Weman, p 31
↑ Weman, pp. 37-38.
↑ Weman, p. 68.
↑ Weman, pp. 80-84.
↑ Weman, pp. 95-101.
↑ Hicks, pp. 52-55.
↑ Cary i Helzer, pp. 19, 103, 206.
↑ Cary i Helzer, pp. 401-04.
↑ Lincoln Electric, pp. 6.1-5 a 6.1-6.
↑ Kalpakjian i Schmid, pp. 821-22.
↑ Weman, p. 5.
↑ Weman, pp. 7-8.
↑ Cary i Helzer, pp. 404-5.
↑ Lincoln Electric, pp. 6.1-1.
↑ Lincoln Electric, pp. 6.1-14 a 6.1-19.
↑ Lincoln Electric, pp. 7.1-9 a 7.1-13.
↑ Lincoln Electric, pp. 9.1-1 a 9.1-6.
↑ Cary i Helzer, pp. 677-83.
↑ ^38,0 ^38,1 Cary i Helzer, pp. 42, 49-51-
↑ Weman, pp. 184-89.
↑ Lincoln Electric, p. 4.5-1.
↑ ASM International, "Welding Research Trends in the United States", pp. 995-1005.

Bibliografia

ASM International (2003). Trends in Welding Research. Materials Park, Ohio: ASM International. ISBN 0-87170-780-2
Blunt, Jane i Nigel C. Balchin (2002). Health and Safety in Welding and Allied Processes. Cambridge: Woodhead. ISBN 1-85573-538-5.
Cary, Howard B. i Scott C. Helzer (2005). Modern Welding Technology. Upper Saddle River, Nova Jersey: Pearson Education. ISBN 0-13-113029-3.
Hicks, John (1999). Welded Joint Design. Nova York: Industrial Press. ISBN 0-8311-3130-6.
Kalpakjian, Serope and Steven R. Schmid (2001). Manufacturing Engineering and Technology. 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. Nova York: CRC Press LLC. ISBN 0-8493-1773-8.
Hernández Riesco, Germán. Manual del Soldador, Madrit 2006. ISBN 978-84-934316-1-7.

Enllaços externs

Commons

Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Soldadura.

Soldadura en el Viccionari.

Referències

Este artícul conté una traducció derivada de «Soldadura» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[1] Cary i Helzer, p. 4.

[2] Lincoln Electric, p. 1.1-1.

[3] Cary i Helzer, pp. 5-6

[4] Cary i Helzer, p. 6.

[ref_duplicada_2-5] 5,0 ^5,1 Weman, p. 26.

[6] Lincoln Electric, p. 1.1-5.

[7] Cary i Helzer, p. 7.

[8] Lincoln Electric, p. 1.1-6.

[9] Cary i Helzer, p. 9.

[10] Lincoln Electric, 1.1-10.

[11] Weman, pp. 89-90.

[12] Cary i Helzer, pp. 246-49.

[13] Kalpakjian i Schmid, p. 780.

[14] Lincoln Electric, pp. 5.4-5.

[15] Weman, p. 16.

[16] Cary i Helzer, p. 103.

[17] Weman, p. 63.

[18] Lincoln Electric, pp. 5.4-3.

[19] Weman, p. 53.

[20] Weman, p 31

[21] Weman, pp. 37-38.

[22] Weman, p. 68.

[23] Weman, pp. 80-84.

[24] Weman, pp. 95-101.

[25] Hicks, pp. 52-55.

[26] Cary i Helzer, pp. 19, 103, 206.

[27] Cary i Helzer, pp. 401-04.

[28] Lincoln Electric, pp. 6.1-5 a 6.1-6.

[29] Kalpakjian i Schmid, pp. 821-22.

[30] Weman, p. 5.

[31] Weman, pp. 7-8.

[32] Cary i Helzer, pp. 404-5.

[33] Lincoln Electric, pp. 6.1-1.

[34] Lincoln Electric, pp. 6.1-14 a 6.1-19.

[35] Lincoln Electric, pp. 7.1-9 a 7.1-13.

[36] Lincoln Electric, pp. 9.1-1 a 9.1-6.

[37] Cary i Helzer, pp. 677-83.

[ref_duplicada_1-38] 38,0 ^38,1 Cary i Helzer, pp. 42, 49-51-

[39] Weman, pp. 184-89.

[40] Lincoln Electric, p. 4.5-1.

[41] ASM International, "Welding Research Trends in the United States", pp. 995-1005.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]

[30]

[31]

[32]

[33]

[34]

[35]

[36]

[37]

[38]

[39]

[40]

[41]