Soldadura
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La soldadura es una fabricación proceso que se une a los materiales, generalmente metales o termoplásticos, causando coalescencia. Esto se hace a menudo por la fusión de las piezas de trabajo y la adición de un material de relleno para formar un charco de material fundido (el charco de soldadura) que se enfría a convertirse en una unión fuerte, con presión utiliza a veces en combinación con calor , o por sí mismo, para producir la soldadura. Esto está en contraste con soldadura y soldadura fuerte, que implican la fusión de un material de menor punto de fusión entre las piezas de trabajo para formar un enlace entre ellos, sin fundir las piezas de trabajo.
Muchos diferentes fuentes de energía pueden ser utilizados para la soldadura, incluyendo un gas de llama , una de arco eléctrico, un láser , un electrón del haz, fricción, y ultrasonido. Aunque a menudo un proceso industrial, la soldadura se puede hacer en muchos entornos diferentes, incluyendo el aire abierto, bajo el agua y en espacio. Independientemente de la ubicación, sin embargo, la soldadura sigue siendo peligrosa, y se deben tomar precauciones para evitar quemaduras, descargas eléctricas, lesiones oculares, gases venenosos, y la exposición excesiva a la luz ultravioleta .
Hasta finales del siglo 19, el único proceso de soldadura era soldadura de fragua, que los herreros habían utilizado durante siglos para unir metales calentando y golpeando ellos. La soldadura por arco y soldadura oxicorte fueron algunos de los primeros procesos para desarrollar a finales del siglo, y soldadura por resistencia siguió poco después. Tecnología de soldadura avanzó rápidamente durante el siglo 20 como la Primera Guerra Mundial y la Segunda Guerra Mundial condujo a la demanda de métodos de unión fiables y de bajo costo. Después de las guerras, se desarrollaron varias técnicas modernas de soldadura, incluyendo métodos manuales como blindado de soldadura por arco metálico , ahora uno de los métodos de soldadura más populares, así como procesos semiautomáticos y automáticos como gas metal de soldadura por arco , soldadura por arco sumergido, la soldadura por arco con núcleo de fundente y soldadura por electroescoria. Desarrollos continuaron con la invención de soldadura por haz de láser y la soldadura por haz de electrones en la última mitad del siglo. Hoy en día, la ciencia sigue avanzando. Soldadura robotizada es cada vez más común en los entornos industriales, y los investigadores continúan desarrollando nuevos métodos de soldadura y obtener una mayor comprensión de la calidad y las propiedades de soldadura.
Historia
La historia de los metales se unen se remonta a varios milenios, con los primeros ejemplos de la soldadura de la Edad del Bronce y la Edad del Hierro en Europa y el Oriente Medio . Soldadura se utilizó en la construcción de la Columna de hierro en Delhi , India , erigido sobre 310 y un peso de 5,4 toneladas métricas. Los Edad Media trajo avances en soldadura de fragua, en la que los herreros golpeaban metal calentado repetidamente hasta que se produjo la unión. En 1540, Vannoccio Biringuccio publicó De la pirotechnia, que incluye descripciones de la operación de forja. Renaissance artesanos eran expertos en el proceso, y la industria continuaron creciendo durante los siglos siguientes. Soldadura, sin embargo, se transformó durante el 19o siglo, en 1800, Sir Humphry Davy descubrió el arco eléctrico, y los avances en la soldadura por arco continuaron con las invenciones de los electrodos de metal por un ruso, Nikolai Slavyanov, y un estadounidense, CL ataúd a finales de 1800, así como soldadura de arco de carbono, que utiliza un electrodo de carbono, ganó popularidad. Alrededor de 1900, AP Strohmenger dio a conocer un electrodo metálico revestido en Gran Bretaña , lo que dio un arco más estable, y en 1919, la corriente alterna de soldadura fue inventado por CJ Holslag, pero no se hizo popular por otra década.
La soldadura por resistencia también se desarrolló durante las décadas finales del siglo 19, con las primeras patentes de ir a Elihu Thomson en 1885, que produjo nuevos avances en los próximos 15 años. Soldadura de termita fue inventada en 1893, y en todo ese tiempo, otro proceso, soldadura oxicorte, se afianzó. acetileno fue descubierto en 1836 por Edmund Davy, pero su uso no era práctico en la soldadura hasta cerca de 1900, cuando un adecuado soplete fue desarrollado. Al principio, la soldadura oxicorte fue uno de los métodos de soldadura más popular debido a su portabilidad y costo relativamente bajo. A medida que avanzaba el siglo 20, sin embargo, cayó en desgracia para aplicaciones industriales. Fue sustituido en gran medida con la soldadura de arco, como revestimientos metálicos (conocido como flujo) para el electrodo que estabilizar el arco y proteger el material de base de las impurezas continuó a desarrollar.
Primera Guerra Mundial causó un aumento importante en el uso de procesos de soldadura, con las diversas potencias militares que intentan determinar cuál de los varios nuevos procesos de soldadura sería lo mejor. Los británicos soldadura de arco utilizado principalmente, incluso la construcción de un barco, el Fulagar, con un casco completamente soldada. Los americanos eran más reticentes, pero comenzaron a reconocer los beneficios de la soldadura de arco cuando el proceso les permitió reparar sus naves rápidamente después Ataques alemanes en el Puerto de Nueva York a principios de la guerra. Soldadura por arco se aplicó primero a los aviones durante la guerra, así como algunos fuselajes de avión alemanes se construyeron utilizando el proceso .. También es digno de mención el primer camino soldada puente en el mundo construido a través del río Słudwia Maurzyce cerca Łowicz, Polonia) en 1929, pero diseñado por Stefan Bryla de la Universidad Tecnológica de Varsovia en 1927.
Durante la década de 1920, los principales avances se hicieron en la tecnología de soldadura, incluyendo la introducción de soldadura automática en 1920, en el que el cable del electrodo se alimenta continuamente. El gas protector se convirtió en un sujeto que recibe mucha atención, ya que los científicos trataron de proteger las soldaduras de los efectos del oxígeno y nitrógeno en la atmósfera. La porosidad y fragilidad eran los problemas primarios, y las soluciones que se desarrollaron incluyó el uso de hidrógeno , argón , y helio como atmósferas de soldadura. Durante la siguiente década, nuevos avances permitieron la soldadura de metales reactivos como el aluminio y el magnesio . Esto, junto con la evolución de la soldadura automática, corriente alterna, y flujos alimentados con una importante expansión de la soldadura de arco durante la década de 1930 y luego durante la Segunda Guerra Mundial .
Durante la mitad del siglo, se inventaron muchos nuevos métodos de soldadura. 1930 vio el lanzamiento de soldadura de espárragos, que pronto se hizo popular en la construcción naval y la construcción. Soldadura por arco sumergido fue inventada el mismo año, y sigue siendo popular hoy en día. soldadura por arco de tungsteno de gas , después de décadas de desarrollo, finalmente fue perfeccionado en 1941, y la soldadura por arco metálico con gas siguió en 1948, lo que permite la soldadura rápida de no- materiales ferrosos pero requiriendo costosos gases de protección. blindado de soldadura por arco metálico se desarrolló durante la década de 1950, usando un flujo revestida electrodo consumible, y se convirtió rápidamente en el proceso de soldadura por arco de metal más popular. En 1957, la proceso de soldadura por arco con núcleo de fundente debutó, en la que el electrodo de alambre autoprotegido podría utilizarse con equipos automáticos, lo que resulta en gran medida el aumento de la velocidad de soldadura, y ese mismo año, la soldadura por arco de plasma fue inventada. Soldadura por electroescoria fue introducida en 1958, y fue seguido por su primo, soldadura electrogas, en 1961.
Otros acontecimientos recientes en la soldadura incluyen el 1958 avance de soldadura por haz de electrones , por lo que la soldadura profunda y estrecha posible a través de la fuente de calor concentrado. Después de la invención de la laser en 1960, soldadura por haz láser debutó varias décadas después, y ha demostrado ser especialmente útil en alta velocidad, la soldadura automatizada. Ambos procesos, sin embargo, siguen siendo bastante caro debido al alto costo de los equipos necesarios, lo que ha limitado sus aplicaciones.
Los procesos de soldadura
Soldadura por arco
Estos procesos utilizan una soldadura de la fuente de alimentación para crear y mantener un arco eléctrico entre un electrodo y el material de base para la fusión de metales en el punto de soldadura. Pueden utilizar cualquiera directa (DC) o alterna (AC) actual, y consumible o no consumible electrodos. La región de soldadura es a veces protegido por algún tipo de inerte o semi- gas inerte, conocido como gas de protección, y material de relleno se utiliza a veces también.
Las fuentes de alimentación
Para suministrar la energía eléctrica necesaria para los procesos de soldadura por arco, un número de diferentes fuentes de alimentación puede ser utilizado. La clasificación más común es constante Fuentes de corriente y constante fuentes de alimentación de tensión. En la soldadura por arco, la longitud del arco está directamente relacionado con la tensión, y la cantidad de entrada de calor está relacionada con la corriente. Fuentes de corriente constante se utiliza con mayor frecuencia para los procesos de soldadura manual como la soldadura por arco de tungsteno con gas y la soldadura por arco de metal blindado, porque mantienen relativamente constante corriente incluso cuando la tensión varía. Esto es importante porque en la soldadura manual, puede ser difícil mantener el electrodo perfectamente estable, y como resultado, la longitud de arco y por lo tanto la tensión tienden a fluctuar. Fuentes de alimentación de voltaje constante mantener el voltaje constante y variar la corriente, y como resultado, se utilizan con más frecuencia para procesos de soldadura automatizados, tales como la soldadura por arco metálico con gas, el flujo de la soldadura por arco con núcleo, y soldadura por arco sumergido. En estos procesos, la longitud de arco se mantiene constante, puesto que cualquier fluctuación en la distancia entre el alambre y el material base es rápidamente corregido por un gran cambio en la corriente. Por ejemplo, si el alambre y el material base se acercan demasiado, la corriente aumentará rápidamente, que a su vez hace que el calor para aumentar y la punta del alambre para fundir, volviendo a su distancia de separación inicial.
El tipo de corriente utilizado en la soldadura por arco también juega un papel importante en la soldadura. Procesos de electrodo consumible como el metal blindado de soldadura por arco y arco metálico con gas de soldadura generalmente utilizan corriente continua, pero el electrodo se pueden cargar, ya sea positiva o negativamente. En la soldadura, la carga positiva ánodo tendrá una mayor concentración de calor, y como resultado, el cambio de la polaridad del electrodo tiene un impacto en las propiedades de soldadura. Si el electrodo está cargado positivamente, el metal de base será más caliente, aumentar la penetración y la soldadura de soldadura velocidad. Alternativamente, una carga negativa los resultados de electrodos en soldaduras más superficiales. Procesos de electrodos no consumibles, tales como la soldadura por arco de tungsteno con gas, pueden utilizar cualquier tipo de corriente continua, así como la corriente alterna. Sin embargo, con corriente continua, debido a que el electrodo solo crea el arco y no proporciona material de relleno, un electrodo cargado positivamente causa soldaduras poco profundas, mientras que un electrodo cargado negativamente hace soldaduras más profundas. La corriente alterna se mueve rápidamente entre estos dos, que resulta en soldaduras medio de penetración. Una desventaja de AC, el hecho de que el arco se debe volver a encender después de cada cruce por cero, se ha abordado con la invención de las unidades de energía especiales que producen una patrón de onda cuadrada en vez de lo normal de onda sinusoidal, haciendo rápidos cruces por cero sea posible y minimizar los efectos del problema.
Procesos
Uno de los tipos más comunes de la soldadura por arco está blindado de soldadura de arco de metal (SMAW), que también se conoce como arco de mano de soldadura de metal (MMA) o la soldadura se adhieren. La corriente eléctrica se utiliza para iniciar un arco entre el material base y la varilla de electrodo consumible, que está hecho de acero y está cubierto con una fundente que protege la zona de soldadura de la oxidación y la contaminación por la producción de CO 2 de gas durante el proceso de soldadura. El propio núcleo de electrodo actúa como material de relleno, haciendo una carga separada innecesario.
El proceso es muy versátil y se puede realizar con un equipo relativamente barato, por lo que es muy adecuado para trabajos de taller y trabajo de campo. Un operador puede llegar a ser bastante hábil con una modesta cantidad de entrenamiento y puede alcanzar la maestría con la experiencia. Tiempos de soldadura son bastante lento, ya que los electrodos consumibles deben sustituirse con frecuencia y porque la escoria, el residuo del flujo, deben ser astillas de distancia después de la soldadura. Además, el proceso se limita generalmente a la soldadura de materiales ferrosos, aunque electrodos especiales han hecho posible la soldadura de hierro, fundición de níquel , aluminio , cobre , y otros metales. Los operarios sin experiencia pueden tener dificultades para hacer buenas soldaduras fuera de posición con este proceso.
Soldadura de arco metálico con gas (GMAW), también conocido como metal de gas inerte o soldadura MIG, es un proceso semi-automática o automática que utiliza una alimentación de alambre continua como un electrodo y una mezcla de gas inerte o semi-inerte para proteger la soldadura de la contaminación . Como con SMAW, competencia del operador razonable se puede lograr con la formación modesto. Dado que el electrodo es continuo, velocidades de soldadura son mayores para GMAW que para SMAW. Además, el tamaño de arco más pequeño en comparación con el arco metálico blindado de soldadura proceso hace que sea más fácil hacer fuera de la posición de soldaduras (por ejemplo, las articulaciones de arriba, como sería soldado debajo de una estructura).
El equipo necesario para llevar a cabo el proceso GMAW es más complejo y costoso que el requerido para SMAW, y requiere un procedimiento de configuración más compleja. Por lo tanto, GMAW es menos portátil y versátil, y debido a la utilización de un gas de protección por separado, no es particularmente adecuado para trabajar al aire libre. Sin embargo, debido a la mayor tasa media a la que las soldaduras se pueden completar, GMAW es muy adecuado para la soldadura de producción. El proceso se puede aplicar a una amplia variedad de metales, tanto ferrosos y no ferrosos.
Un proceso relacionado, arco con núcleo de fundente de soldadura (FCAW), usa un equipo similar pero utiliza alambre que consiste en un electrodo de acero que rodea a un material de relleno en polvo. Este alambre tubular es más caro que el alambre sólido estándar y puede generar humos y / o escoria, pero permite aún mayor velocidad de soldadura y una mayor penetración de metal.
La soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), o gas inerte (TIG) de soldadura de tungsteno (también a veces se hace referencia erróneamente como heliarc soldadura), es un proceso de soldadura manual que utiliza un no consumible de tungsteno electrodo, una mezcla de gas inerte o semi-inerte, y una material de relleno separado. Especialmente útil para la soldadura de materiales delgados, este método se caracteriza por un arco estable y soldaduras de alta calidad, pero requiere habilidad del operador y que sólo puede llevarse a cabo a velocidades relativamente bajas.
GTAW se puede utilizar en casi todos los metales soldables, aunque se aplica más frecuentemente a acero inoxidable y metales ligeros. Se utiliza a menudo cuando las soldaduras de calidad son muy importantes, como en bicicleta , aviones y aplicaciones navales. Un proceso relacionado, la soldadura por arco de plasma, también utiliza un electrodo de tungsteno, pero que utiliza el gas de plasma para hacer que el arco. El arco es más concentrado que el arco GTAW, haciendo el control transversal más crítico y así generalmente restringiendo la técnica a un proceso de mecanizado. Debido a su corriente estable, el método se puede utilizar en una amplia gama de espesores de material del que el proceso GTAW, y además, es mucho más rápido. Se puede aplicar a todos los mismos materiales que GTAW excepto de magnesio , y la soldadura automatizada de acero inoxidable es una aplicación importante del proceso. Una variación del proceso es corte por plasma, un proceso de corte de acero eficiente.
Soldadura por arco sumergido (SAW) es un método de soldadura de alta productividad en la que el arco se debajo de una capa de recubrimiento de flujo. Esto aumenta la calidad de arco, ya que los contaminantes en la atmósfera están bloqueadas por el flujo. La escoria que se forma en la soldadura generalmente se desprende por sí mismo, y combinado con el uso de una alimentación de alambre continuo, la velocidad de depósito de soldadura es alta. Las condiciones de trabajo han mejorado mucho sobre otros procesos de soldadura por arco, puesto que el flujo oculta el arco y casi no se produce humo. El proceso se utiliza comúnmente en la industria, especialmente para productos grandes y en la fabricación de recipientes a presión soldadas. Otros procesos de soldadura de arco incluyen soldadura de hidrógeno atómico, soldadura de arco de carbono, soldadura de electroescoria soldadura de electrogas, y soldadura por arco semental.
La soldadura por gas
El proceso de soldadura de gas más común es soldadura oxicorte, también conocido como soldadura de oxiacetileno. Es uno de los procesos más antiguos y más versátiles de soldadura, pero en los últimos años se ha vuelto menos populares en aplicaciones industriales. Todavía se usa ampliamente para tuberías y tubos de soldadura, así como los trabajos de reparación. Está también con frecuencia muy adecuado, y favoreció, para la fabricación de algunos tipos de obras de arte a base de metal. Equipos de oxicorte es versátil, se presta no sólo para algunos tipos de hierro o de acero de soldadura, sino también para soldadura fuerte, soldadura fuerte, calefacción de metal (por flexión y formando), y también de corte oxicorte.
El equipo es relativamente barato y simple, en general, el empleo de la combustión de acetileno en oxígeno para producir una temperatura de la llama de soldadura de aproximadamente 3100 ° C. La llama, ya que es menos concentrada que un arco eléctrico, provoca un enfriamiento más lento de soldadura, que puede conducir a mayores tensiones residuales y distorsión de soldadura, a pesar de que facilita la soldadura de aceros de alta aleación. Un proceso similar, generalmente llamado de corte oxicorte, se utiliza para cortar metales. Otros métodos de soldadura de gas, tales como soldadura de acetileno de aire, soldadura de hidrógeno del oxígeno, y soldadura de gas de presión son muy similares, por lo general sólo difieren en el tipo de gases utilizados. La antorcha agua se utiliza a veces para la soldadura de precisión de pequeños objetos, como joyas. La soldadura de gas se utiliza en soldadura de plástico, aunque la sustancia calentada es aire, y las temperaturas son mucho más bajos.
La soldadura por resistencia
La soldadura por resistencia implica la generación de calor por el paso de corriente a través de la resistencia causada por el contacto entre dos o más superficies metálicas. Piscinas pequeñas de metal fundido se forman en la zona de soldadura como corriente alta (1000-100,000 A) se pasa a través del metal. En general, los métodos de soldadura por resistencia son eficientes y causan poca contaminación, pero sus aplicaciones son algo limitadas y el costo del equipo pueden ser altos.
La soldadura por puntos es un método de soldadura por resistencia popular usado para unirse a la superposición de láminas metálicas de hasta 3 mm de espesor. Dos electrodos se utilizan simultáneamente para sujetar las láminas de metal juntos y pasar corriente a través de las hojas. Las ventajas del método incluyen el uso eficiente de la energía, la deformación de la pieza limitado, altas tasas de producción, la automatización fácil, y no hay materiales de carga requeridos. Resistencia de la soldadura es significativamente menor que con otros métodos de soldadura, haciendo el proceso adecuado sólo para ciertas aplicaciones. Se utiliza ampliamente en los coches de la industria automotriz ordinaria puede tener varios miles de puntos de soldadura realizados por robots industriales. Un proceso especializado, llamado soldadura tiro, se puede utilizar para detectar soldadura acero inoxidable.
Al igual que la soldadura por puntos, soldadura continua se basa en dos electrodos para aplicar presión y corriente para unirse a las hojas de metal. Sin embargo, en lugar de electrodos puntiagudos, los electrodos en forma de ruedas ruedan a lo largo y a menudo alimentan la pieza de trabajo, por lo que es posible hacer soldaduras continuas largas. En el pasado, se utilizó este proceso en la fabricación de latas de bebidas, pero ahora sus usos son más limitados. Otros métodos incluyen la soldadura por resistencia soldadura de flash, soldadura de proyección, y soldadura malestar.
Soldadura por haz de Energía
Métodos de soldadura de haz de energía, es decir, soldadura por haz de láser y la soldadura por haz de electrones , son relativamente nuevos procesos que se han vuelto muy populares en aplicaciones de alta producción. Los dos procesos son muy similares, difiriendo principalmente en su fuente de alimentación. Soldadura por haz de láser emplea un haz láser altamente concentrado, mientras que la soldadura por haz de electrones se realiza en un vacío y utiliza un haz de electrones. Ambos tienen una densidad de energía muy alta, por lo que la penetración de soldadura profunda posible y minimizar el tamaño de la zona de soldadura. Ambos procesos son extremadamente rápidos, y son fáciles de automatizar, haciéndolos altamente productiva. Las principales desventajas son sus costos de equipo muy altas (aunque éstos están disminuyendo) y una susceptibilidad a craqueo térmico. Los avances en esta área incluyen láser híbrido de soldadura, que utiliza los principios de ambos soldadura por haz de láser y la soldadura de arco para incluso mejores propiedades de soldadura.
Soldadura de estado sólido
Al igual que el primer proceso de soldadura, soldadura de fragua, algunos métodos de soldadura modernos no implican la fusión de los materiales a ser unidos. Uno de los más populares, soldadura ultrasónica, se utiliza para conectar láminas delgadas o alambres de metal o termoplástico por la vibración de ellos a alta frecuencia y bajo alta presión. El equipo y los métodos implicados son similares a la de la soldadura por resistencia, pero en lugar de la corriente eléctrica, la vibración proporciona la entrada de energía. Soldadura de metales con este proceso no implica la fusión de los materiales; En cambio, la soldadura se forma mediante la introducción de vibraciones mecánicas horizontalmente bajo presión. Al soldar plásticos, los materiales deben tener temperaturas de fusión similares, y las vibraciones se introduce verticalmente. La soldadura por ultrasonidos se utiliza comúnmente para hacer las conexiones eléctricas de aluminio o cobre, y también es un proceso muy común de soldadura polímero.
Otro proceso común, soldadura explosión, implica la unión de materiales empujándolos juntos bajo una presión extremadamente alta. La energía del impacto plastifica los materiales, formando una soldadura, a pesar de que sólo se genera una cantidad limitada de calor. El proceso se utiliza comúnmente para la soldadura de materiales diferentes, tales como la soldadura de aluminio con acero en cascos de barcos o placas compuestas. Otros procesos de soldadura de estado sólido incluyen soldadura de co-extrusión, soldadura en frío, soldadura por difusión, soldadura por fricción (incluida soldadura por fricción), soldadura de alta frecuencia, soldadura por presión en caliente, soldadura por inducción, y soldadura rollo.
Geometría
Las soldaduras se pueden preparar geométricamente de muchas maneras diferentes. Los cinco tipos básicos de uniones de soldadura son la unión a tope, junta de solape, junta de esquina, unión de borde, y T-articular. Otras variaciones también existen, por ejemplo, preparación de juntas de doble V se caracterizan por las dos piezas de material de cada uno de ahusamiento a un solo punto central a la mitad de su altura. Preparación de juntas Single-U y doble U también son bastante comunes, en lugar de tener bordes rectos como el single-V y preparación de juntas de doble V, que son curvas, formando la forma de unas juntas solapadas U. también son comúnmente más de dos piezas gruesas dependiendo del proceso utilizado y el espesor del material, muchas piezas se pueden soldar juntos en una geometría de junta de solape.
A menudo, los particulares diseños de unión se utilizan exclusivamente o casi exclusivamente por ciertos procesos de soldadura. Por ejemplo, la resistencia a la soldadura por puntos, soldadura por haz láser, y la soldadura por haz de electrones se realizan con mayor frecuencia en las articulaciones de vuelta. Sin embargo, algunos métodos de soldadura, como la soldadura de arco de metal blindado, son extremadamente versátiles y pueden soldar prácticamente cualquier tipo de junta. Además, algunos procesos pueden ser utilizados para hacer soldaduras multipaso, en los que se permite una soldadura para enfriar, y luego otra soldadura se realiza en la parte superior de la misma. Esto permite la soldadura de secciones gruesas dispuestas en una preparación conjunta de un solo V, por ejemplo.
Después de la soldadura, una serie de regiones distintas puede ser identificado en la zona de soldadura. La soldadura en sí se llama la zona de fusión, más específicamente, es donde se colocó el metal de relleno durante el proceso de soldadura. Las propiedades de la zona de fusión dependen principalmente del metal de relleno utilizado, y su compatibilidad con los materiales de base. Está rodeado por la zona afectada por el calor, el área que tenían su microestructura y las propiedades alteradas por la soldadura. Estas propiedades dependen en el comportamiento del material base cuando se somete a calor. El metal en esta zona es a menudo más débil que tanto el material de base y la zona de fusión, y es también el lugar donde se encuentran las tensiones residuales.
Calidad
Muy a menudo, la mayor métrica utilizada para juzgar la calidad de una soldadura es su fuerza y la resistencia del material alrededor de él. Muchos factores influyen en este distintos, incluyendo el método de soldadura, la cantidad y la concentración de entrada de energía, el material de base, el material de relleno, el material de flujo, el diseño de la articulación, y las interacciones entre todos estos factores. Para probar la calidad de una soldadura, ya sea destructiva o métodos de ensayo no destructivos se utilizan comúnmente para verificar que las soldaduras son libres de defectos, tienen niveles aceptables de tensiones residuales y distorsión, y tienen zona afectada por el calor (HAZ) propiedades aceptables. Existen códigos de soldadura y especificaciones para guiar soldadores en técnica de soldadura adecuada y en la manera de juzgar la calidad de las soldaduras.
Zona afectada por el calor
Los efectos de la soldadura en el material que rodea la soldadura puede ser perjudicial dependiendo de los materiales utilizados y la entrada de calor del proceso de soldadura utilizado, la ZAC pueden ser de tamaño y fuerza variable. La difusividad térmica del material de base desempeña un gran papel, si la difusividad es alta, el material de la velocidad de enfriamiento es alta y la HAZ es relativamente pequeño. A la inversa, una difusividad baja conduce a un enfriamiento más lento y una HAZ más grande. La cantidad de calor inyectado por el proceso de soldadura juega un papel importante también, como procesos como la soldadura de oxiacetileno tienen una entrada de calor no concentrado y aumentar el tamaño de la HAZ. Procesos como la soldadura por haz de láser dan una alta concentración, la cantidad limitada de calor, lo que resulta en una pequeña HAZ. La soldadura por arco cae entre estos dos extremos, con los procesos individuales que varían en cierta medida en la entrada de calor. Para calcular la entrada de calor para procesos de soldadura de arco, la siguiente fórmula puede usarse:
donde de entrada Q = calor ( kJ / mm), V = voltaje ( V ), I = corriente ( A), y S = velocidad de soldadura (mm / min). La eficiencia depende de el proceso de soldadura utilizado, con el metal blindado soldadura de arco que tiene un valor de 0,75, metal soldadura por arco gas y la soldadura de arco sumergido, 0,9, y Soldadura TIG, 0.8.
Distorsión y agrietamiento
Métodos de soldadura que implican la fusión del metal en el sitio de la articulación son necesariamente propensos a la contracción como el metal calentada se enfría. La contracción, a su vez, puede introducir tensiones residuales y tanto la distorsión longitudinal y rotacional. La distorsión puede plantear un problema importante, ya que el producto final no es la forma deseada. Para aliviar la distorsión de rotación, las piezas de trabajo pueden ser compensadas, de modo que los resultados de la soldadura en una pieza en forma correctamente. Otros métodos de distorsión limitante, como sujetar las piezas de trabajo en su lugar, provocan la acumulación de esfuerzo residual en la zona afectada por el calor del material de base. Estas tensiones pueden reducir la resistencia del material base, y pueden conducir a un fallo catastrófico a través agrietamiento en frío, como en el caso de varios de los Naves de libertad. El agrietamiento en frío se limita a los aceros, y se asocia con la formación de martensita como la soldadura se enfría. El craqueo se produce en la zona afectada por el calor del material de base. Para reducir la cantidad de distorsión y tensiones residuales, la cantidad de entrada de calor debe ser limitada, y la secuencia de soldadura utilizada no debe ser de un extremo a la otra, sino más bien en segmentos. El otro tipo de agrietamiento, la fisuración en caliente o agrietamiento de solidificación, se pueden producir con todos los metales, y que ocurre en la zona de fusión de una soldadura. Para disminuir la probabilidad de este tipo de agrietamiento, restricción exceso de material debe ser evitado, y un material de relleno adecuado debe ser utilizado.
Soldabilidad
La calidad de una soldadura también depende de la combinación de los materiales utilizados para el material base y el material de relleno. No todos los metales son adecuados para la soldadura, y no todos los metales de relleno funcionan bien con materiales de base aceptables.
Aceros
La soldabilidad de los aceros es inversamente proporcional a una propiedad conocida como el templabilidad del acero, que mide la probabilidad de la formación de martensita durante la soldadura o tratamiento térmico. La templabilidad del acero depende de su composición química, con mayores cantidades de carbono y otra elementos de aleación que resulta en una mayor templabilidad y por lo tanto una soldabilidad inferior. Con el fin de ser capaz de juzgar aleaciones compuestas de muchos materiales distintos, una medida conocida como la contenido de carbono equivalente se utiliza para comparar los weldabilities relativas de diferentes aleaciones mediante la comparación de sus propiedades a una llanura acero al carbono. El efecto sobre la capacidad de soldadura de elementos como el cromo y vanadio , aunque no tan grande como el carbono , es más significativa que la de cobre y níquel , por ejemplo. A medida que aumenta el contenido de carbono equivalente, la soldabilidad de la aleación disminuye. La desventaja de utilizar aceros al carbono y de baja aleación de civil es su baja resistencia existe un trade-off entre la resistencia del material y la soldabilidad. De alta resistencia, aceros de baja aleación fueron desarrollados especialmente para aplicaciones de soldadura durante la década de 1970, y éstos generalmente fáciles de soldar materiales tienen buena resistencia, haciéndolos ideales para muchas aplicaciones de soldadura.
Los aceros inoxidables, debido a su alto contenido de cromo, tienden a comportarse de manera diferente con respecto a la soldabilidad que otros aceros. Los grados de los aceros inoxidables austeníticos tienden a ser los más soldables, pero son especialmente susceptibles a la distorsión debido a su alto coeficiente de expansión térmica. Algunas aleaciones de este tipo son propensos al agrietamiento y resistencia a la corrosión reducen también. La fisuración en caliente es posible si la cantidad de ferrita en la soldadura no se controla a aliviar el problema, se utiliza un electrodo que deposita un metal de soldadura que contiene una pequeña cantidad de ferrita. Otros tipos de aceros inoxidables, tales como aceros inoxidables ferríticos y martensíticos, no son tan fácilmente soldadas, y con frecuencia deben ser precalentados y soldados con electrodos especiales.
Aluminio
La soldabilidad de aluminio aleaciones varía significativamente, dependiendo de la composición química de la aleación utilizada. Las aleaciones de aluminio son susceptibles a la fisuración en caliente, y para combatir el problema, soldadores aumentan la velocidad de soldadura para reducir la entrada de calor. El precalentamiento reduce el gradiente de temperatura a través de la zona de soldadura y por lo tanto ayuda a reducir la fisuración en caliente, pero puede reducir las propiedades mecánicas del material base y no debe ser utilizado cuando se restringe el material base. El diseño de la articulación se puede cambiar también, y una aleación de relleno más compatible se puede seleccionar para disminuir la probabilidad de fisuración en caliente. Las aleaciones de aluminio también deben limpiarse antes de la soldadura, con el objetivo de eliminar todos los óxidos, aceites, y partículas sueltas de la superficie a soldar. Esto es especialmente importante debido a la susceptibilidad de una soldadura de aluminio a la porosidad debido a hidrógeno y escoria debido al oxígeno .
Condiciones inusuales
Mientras que muchas aplicaciones de soldadura se realizan en ambientes controlados, tales como fábricas y talleres de reparación, algunos procesos de soldadura se utilizan comúnmente en una amplia variedad de condiciones, tales como al aire libre, bajo el agua, y aspiradoras (tales como el espacio). En las aplicaciones al aire libre, como la construcción y reparación de aire libre, blindado de soldadura por arco metálico es el proceso más común. Procesos que emplean gases inertes para proteger la soldadura no se pueden utilizar fácilmente en tales situaciones, porque los movimientos atmosféricos impredecibles pueden dar lugar a una soldadura defectuosa. Blindado de soldadura por arco de metal también se utiliza a menudo en soldadura bajo el agua en la construcción y reparación de buques, plataformas marinas, y las tuberías, pero otros, como el núcleo de fundente de soldadura de arco y Soldadura TIG, también son comunes. Soldadura en el espacio también es posible, se intentó por primera vez en 1969 por el ruso cosmonautas, cuando realizaron experimentos para probar la soldadura por arco metálico protegido, soldadura por arco de plasma, y soldadura por haz de electrones en un ambiente sin presión. La prueba adicional de estos métodos se hizo en las siguientes décadas, y hoy en día los investigadores continúan desarrollando métodos para el uso de otros procesos de soldadura en el espacio, como la soldadura láser, soldadura por resistencia, y soldadura por fricción. Los avances en estas áreas podrían resultar indispensables para proyectos como la construcción de la Estación Espacial Internacional , que probablemente se basará en gran medida en la soldadura para la unión en el espacio las partes que fueron fabricados en la Tierra .
Los problemas de seguridad
Soldadura, sin las precauciones adecuadas, puede ser una práctica peligrosa e insalubre. Sin embargo, con el uso de las nuevas tecnologías y una protección adecuada, los riesgos de lesiones y muerte asociadas con la soldadura se pueden reducir en gran medida. Debido a que muchos procedimientos comunes de soldadura implican un arco eléctrico abierto o llama, el riesgo de quemaduras es significativo. Para prevenirlos, soldadores usan equipo de protección personal en forma de pesada cuero guantes y chaquetas protectoras de manga larga para evitar la exposición al calor extremo y las llamas. Además, el brillo de la zona de soldadura lleva a una condición llamada ojo de arco en el que la luz ultravioleta causa la inflamación de la córnea y puede quemar las retinas de los ojos. Gafas y Cascos de soldadura con placas de cara oscuros se usan para prevenir esta exposición y en los últimos años, los nuevos modelos de cascos se han producido que cuentan con una placa frontal que sí se oscurece con la exposición a altas cantidades de luz UV. Para proteger a los transeúntes, cortinas translúcidas de soldadura a menudo rodean la soldadura área. Estas cortinas, hechas de una polivinil cloruro de película de plástico, proteger a los trabajadores cercanos de la exposición a la luz ultravioleta del arco eléctrico, pero no debe ser usado para reemplazar el vidrio de filtro utilizado en los cascos.
Soldadores también a menudo están expuestos a gases peligrosos y material particulado. Procesos como la soldadura por arco con núcleo de fundente y soldadura por arco metálico blindado producen humo que contiene partículas de varios tipos de óxidos, que en algunos casos puede conducir a condiciones médicas como la fiebre de los humos metálicos. El tamaño de las partículas en cuestión tiende a influir en el toxicidad de los humos, con partículas más pequeñas que presenta un peligro mayor. Además, muchos procesos producen vapores y diversos gases, más comúnmente el dióxido de carbono , el ozono y los metales pesados, que puede resultar peligroso y sin ventilación y una formación adecuada. Además, debido a que el uso de gases comprimidos y llamas, en muchos procesos de soldadura plantea un riesgo de explosión y fuego, algunas precauciones comunes incluyen la limitación de la cantidad de oxígeno en el aire y mantener los materiales combustibles lejos del lugar de trabajo. Extractores de humos de soldadura se utilizan a menudo para eliminar el humo de la fuente y filtrar los humos a través de un filtro HEPA.
Costos y tendencias
En los últimos años, con el fin de minimizar los costos de mano de obra en la fabricación de alta producción, soldadura industrial se ha vuelto cada vez más automatizado, sobre todo con el uso de robots en la resistencia a la soldadura por puntos (sobre todo en la industria del automóvil) y en la soldadura por arco. En soldadura robotizada, mecanizada dispositivos tanto sostienen el material y realizar la soldadura, y en un primer momento, la soldadura por puntos fue su aplicación más común. Pero la soldadura de arco robótica ha ido aumentando en popularidad como la tecnología ha avanzado. Otras áreas clave de la investigación y el desarrollo incluyen la soldadura de materiales diferentes (como el acero y el aluminio, por ejemplo) y los nuevos procesos de soldadura, como por fricción-agitación, pulso magnético, la costura de calor por conducción, y la soldadura por láser híbrido. Además, se desea el progreso en la fabricación de los métodos más especializados como la soldadura de rayo láser práctico para más aplicaciones, como en los sectores aeroespacial y automotriz. Los investigadores también esperan entender mejor las propiedades menudo impredecibles de soldaduras, especialmente microestructura, tensiones residuales, y la tendencia de una soldadura de romper o deformar.
