Soldadura - Departamento de Ingeniería de Materiales y Fabricación
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Ingeniería de los Sistemas de Producción Soldadura: Fundamentos Rosendo Zamora Pedreño Dpto. Ingeniería de Materiales y Fabricación [email protected] Índice Fundamentos de Soldadura 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Introducción Definición Características generales de la soldadura Características técnicas de la soldadura Factores críticos en los procesos de soldeo Clasificación general de los procesos de soldadura Tipos de uniones soldadas Posiciones de soldeo Preparación de los bordes 2 1 1.‐ Introducción Característica principal de las uniones: Permanente o Temporal Métodos de unión: 1. Por acoplamiento o ajuste geométrico 2. Elementos auxiliares (remaches tornillos) 3. Por cohesión o adhesión 3 2.‐ Definición de soldadura Definición de soldadura: “Proceso de unión de dos materiales mediante la aportación de energía, y en su caso materia, que garantice una cierta continuidad (eléctrica, mecánica o metalúrgica)”. • Proceso de flujo de masa convergente. • Unión permanente. • Coalescencia basada en la cohesión y/o adhesión. Cohesión: los elementos forman cristales metálicos comunes (fuerzas de enlace atómico) Presión y temperatura Adhesión: los elementos se unen por medio de fuerzas superficiales (física eléctrica o química) No se forman estructuras comunes 4 2 3.‐ Características generales de la soldadura Características generales de la soldadura Energía Zona localizada (calor / presión) Breve espacio de tiempo • Dependerán de la geometría y de los materiales a soldar. • Reacción química entre metal base y el aportado que genera la dilución. • Tensiones mecánicas originadas por las dilataciones y contracciones (residuales). 5 4.‐ Características técnicas de la soldadura Características técnicas de la soldadura Aspecto Térmico: Localización, Rapidez Aspecto Químico: Reacciones entre Metal Base y de Aportación. Dilución. Aspecto Mecánico: Tensiones originadas por dilataciones. 6 3 5.‐ Factores críticos en los procesos de soldeo Factores críticos en los procesos de soldeo Como consecuencia de la aportación de calor necesaria para la fusión, se pueden producir los siguientes fenómenos: 1.‐ Fragilidad, debida a: ‐ Oxidación A temperaturas superiores a los 820 ºC los aceros tienen una gran tendencia a combinarse con el oxígeno del aire. ‐ Absorción de Gases Nitrógeno, Hidrógeno y Oxígeno 7 5.‐ Factores críticos en los procesos de soldeo Factores críticos en los procesos de soldeo Como consecuencia de la aportación de calor necesaria para la fusión, se pueden producir los siguientes fenómenos: 2.‐ ZAT (Zona Afectada Térmicamente) La zona del Material Base adyacente al cordón de soldadura está sometida a un tratamiento térmico que normalmente modifica sus propiedades metalúrgicas negativamente *4 8 4 6.‐ Clasificación general de los procesos de soldadura Clasificación general de los procesos de soldadura: Welding – Brazing – Soldering 1. Welding Fusión de bordes con o sin material de aportación 1. Resistencia Mecánica, en la unión es igual o mayor 2. Homogeneidad metalúrgica 3. Conductividad eléctrica *1 9 6.‐ Clasificación general de los procesos de soldadura 2. Brazing (Soldadura Fuerte) Unión sin fusión de bordes. Se aporta un consumible con Tf> 450ºC que rellena las juntas por capilaridad,mojado (Ej. soldadura con plata) 1. Resistencia Mecánica 2. Conductividad eléctrica Juntas limpias, bien diseñadas y protegidas de la oxidación *2 10 5 6.‐ Clasificación general de los procesos de soldadura 3. Soldering (Soldadura Blanda) Unión sin fusión de bordes. Se aporta un consumible con Tf < 450ºC que rellena las juntas por capilaridad,mojado (Ej.: soldadura con estaño) 1. Conductividad eléctrica Juntas limpias, bien diseñadas y protegidas de la oxidación *3 11 7.‐ Tipos de uniones soldadas Tipos de uniones soldadas • Soldadura a tope • Soldadura en ángulo • Soldadura de borde o sobre cantos • Soldadura a solape • Soldadura de tapón 12 6 7.‐ Tipos de uniones soldadas Tipos de unión • Soldadura a tope ‐ Cerrada Espesor de chapa < 3mm ‐ Abierta Espesor de chapa > 3mm Partes del cordón de soldadura 13 7.‐ Tipos de uniones soldadas Tipos de unión • Soldadura en ángulo Uniones en T Partes del cordón de soldadura 14 7 7.‐ Tipos de uniones soldadas Tipos de unión • Soldadura de borde o sobre cantos • Soldadura a solape ‐ Simple ‐ Doble 15 7.‐ Tipos de uniones soldadas Tipos de unión • Soldadura de tapón Se utilizan para: •transmitir fuerzas cortantes en juntas solapadas •evitar el pandeo de las partes conectadas •unir elementos componentes de miembros compuestos. Ej. NORMAS TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS PARA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS ‐El diámetro de los agujeros para soldaduras de tapón no será menor que el grueso de la parte que los contiene más 8 mm, pero no excederá de 2,25 veces el espesor del metal de soldadura. ‐La distancia mínima entre centros de soldaduras de tapón será de cuatro veces el diámetro de los agujeros. 16 8 8.‐ Posiciones de soldeo Posiciones de soldeo Plana Cornisa Vertical De techo • La posición plana es la preferida siempre que sea posible • No perjudica la gravedad 17 8.‐ Posiciones de soldeo Posiciones de soldeo • Gravedad: ‐ Solidificación rápida ‐ Tensión superficial y viscosidad del metal fundido ‐ Vertical Ascendente o Descendente * Preferible el Ascendente: soporte y menor atrapamiento de escoria 18 9 9.‐ Preparación de los bordes Preparación de los bordes Factores a tener en cuenta: 1. Tipos de esfuerzos (tracción, compresión, flexión) 2. Tipos de cargas (estática, impacto, variable) 3. Dirección de la carga respecto a la junta 4. Espesor de las piezas 5. Coste de preparación de las juntas 6. Facilidad de acceso 7. Adaptabilidad al producto fabricado 19 Referencias Referencias •S. Kalpakjian, S.R. Schmid, (2008) Manufactura, Ingeniería y Tecnología, Pearson Educación, ISBN 10: 970‐26‐1026‐5 •M. Reina, “Soldadura de los Aceros. Aplicaciones”, Manuel Reina Gómez, Madrid, 1986 Figuras 1. 2. 3. 4. http://www.profabricationtechniques.com http://www.coppertubecoils.com http://elecproj.blogspot.com.es/2010/11/soldering‐fundamentals.html http://es.wikipedia.org/wiki/Soldadura Nota: Todas las imágenes se han obtenido utilizando resultados de búsquedas en la sección de Imágenes de Google 20 10 Ingeniería de los Sistemas de Producción Rosendo Zamora Pedreño Dpto. Ingeniería de Materiales y Fabricación [email protected] 11
